二硼化锆陶瓷材料的市场应用现状

　　摘要：随着科学技术的迅猛发展，诸如远程导弹、火箭、航天飞机、宇宙飞船和超音速飞机等飞行器正朝着更高速、更大推力、更高空和更安全的方向发展，这对飞行器的各项性能提出了更高的要求。由于飞行器与大气层剧烈摩擦，产生大量热量，首先要提高的是飞行器材料的耐高温性能，耐高温材料包括难熔金属、碳化物、碳碳材料以及硼化物等。二硼化锆陶瓷因为具有极高的熔点、高硬度、高强度、高的耐冲蚀性能、高的化学稳定性、高的电热导率等优点，被广泛应用于各个领域。本文将对二硼化锆陶瓷材料的市场应用现状做进一步解析。

　　最早的应用始于军工和航天领域

　　在上世纪60年代，在美国空军的支持下美国开始研制耐高温陶瓷材料，当时美国空军对于二硼化锆陶瓷的研制是因为弹道导弹防热降温的需求，传统弹头通过烧蚀材料的溶解蒸发带走大量热量实现降温。但是这样会破坏弹头的气动外形，增加空气阻力。如果采用耐高温陶瓷，将极大地改善热防护系统随飞行器在大气层中高速飞行中的稳定性。

　　2003年，美国航天飞机“哥伦比亚”号升空后爆炸，随后，为了保障航天飞机的安全，美国宇航局决定开发新一代可以耐受3000℃高温的陶瓷材料，主要是以二硼化锆、二硼化铪为主的复合陶瓷阻燃材料。

　　作为耐火材料的应用最为广泛

　　二硼化锆陶瓷是性能优异的耐火材料，且应用非常广泛。目前，工业上常见的应用包括：制作钢水连续测温套管和连续铸钢浸入式水口。

　　在连续铸造生产过程中，相对以往浸入式水口渣线材料，二硼化锆耐火材料替代之后，提高了水口的抗钢水侵蚀和抗剥落等性能。但是在一定程度上，仍然存在较强的侵蚀和氧化铝堆积等问题。而添加二硼化锆材质的水口保护环具有抗钢水侵蚀强和耐高温的优点，从而提高了水口的使用寿命。因为在高温下，二硼化锆氧化生成低熔点的液相三氧化二硼，并且与二氧化锆进行反应，从而提高了液相的粘度，保证了材料的抗侵蚀性和耐剥落性。通过控制适当的粒度和原料配比，性能明显高于二氧化锆材质的耐火材料。

　　在工业生产的过程中，大量的实践证明：往水口砖、耐火砖和浇注料添加二硼化锆与金属材料，相关产品的抗氧化性、耐腐蚀性和抗热震性等性能都将大大提高。

　　可替代传统不耐磨损的碳质电极

　　传统碳电极和铜电极在面临高磨损的情况时，需要频繁更换，使连续作业频繁中断，因此，就不太适合应用于材料制备、加工、成型中常见的热等离子体加工技术。二硼化锆具有高硬度和高熔点的特点，而铜具有低熔点和高导热的特点，采用一定的方法制作的两者复合电极，经过性能测试，能够很好地满足耐磨损连续作业的需求。

　　又能作为极端的环境下的热电偶材料

　　二硼化锆和石墨通常被组合起来制造套管式热电偶材料，因为二硼化锆是通过电子导电，电阻较低，适用于制造触点和电极材料。在工程试验中，如果置于1200～1600 ℃的氧化气氛中，热电势数值较大，热电势随温度变化呈单值函数，线性较好。通过反复多次测量，其最大变化为所测温度的0.5%~1%。可见，在一些金属热电偶不适用的特殊场合连续测温中，二硼化锆基的热电偶材料能发挥很好的作用。

　　用作耐磨涂层应用于切削工具中

　　由于二硼化锆硬度极高，因此是很好的耐磨涂层材料，在刀具和切削工具中有较好的应用。如ZrB₂-B₄C质复合材料，其低共熔点温度为2200℃左右(含B₄C摩尔分数约65% )，将B₄C加入到ZrB₂中可以提高制品的硬度，这种复合材料主要用作耐磨材料与磨具。

　　另外，在耐腐蚀和抗氧化薄膜方面也有一定的应用，比如国外研究人员将其应用在光热太阳能中。

　　结语

　　二硼化锆陶瓷因为具有高熔点、高硬度、高强度、高耐冲蚀性能、高化学稳定性、高电热导率等优点被广泛应用于各个领域，最早的应用始于军工和航天领域，作为耐火材料的应用最为广泛，又可替代传统不耐磨损的碳质电极，能作为极端的环境下的热电偶材料，可用作耐磨涂层应用于切削工具中。当然，其应用领域还在不断扩展。