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二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展

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1800 ℃ 制备出的 ZrB2 -40vol% Nb 复合材料的断裂韧性达 7． 11 MPa·m1/2 ，Nb 的变形可以吸收和消耗一部分 裂纹出现和扩展的能量。
表 1 ZrB2 和弥散颗粒增韧的 ZrB2 基复合材料的组分、制备工艺、断裂韧性和参考文献
Tab． 1 Composition，processing，fracture toughness and references of ZrB2
表 1 列举了近年来关于弥散颗粒增韧 ZrB2 基复合材料的研究成果。选用 SiC 颗粒作为增韧相，不仅促 进了 ZrB2 陶瓷的致密化，还提高了 ZrB2 陶瓷的断裂韧性、弯曲强度等性能。因此，采用 SiC 颗粒复合 ZrB2 陶瓷是近年来的研究热点。
本课题组［3］曾采用热压烧结在 1950 ℃ 、20 MPa 压力下成功制备出含 5% ，10% ，15% ，20 vol % SiC 的 ZrB2 -SiC 复合材料，其断裂韧性范围为 7． 92 ～ 8． 52 MPa·m1/2 ，高的断裂韧性归功于致密度的提高与穿晶和 沿晶混合的断裂模式。Cao 等［5］采用放电等离子烧结（ SPS） 研究了烧结温度、颗粒大小及 SiC 含量对 ZrB2 SiC 复合材料断裂韧性的影响； 当温度为 1600 ℃ 和 1700 ℃ ，20 nm SiC 含量为 5 wt% 时，其断裂韧性达 8． 205 MPa·m1/2 ； 可见晶粒的细化有助于提高 ZrB2 材料的断裂韧性。另外采用 MoSi2 、ZrSi2 、B4 C、TiB2 、Si3 N4 等颗 粒同样可以提高 ZrB2 陶瓷的韧性［4-17］。
12
ZrB2 -Nb
HP /1800 ℃ /30 MPa
2． 91 ～ 7． 11
13
ZrB2 -MoSi2
无压 /1850 ℃
2． 3
14
HP /1800 ～ 1850 ℃ /30 MPa
2． 6 ～ 4． 3
36，16
ZrB2 -MoSi2 -SiC
HP /1800 ℃ /30 MPa
3． 3 ～ 3． 5
20 MPa 下热压烧结制备出了 ZrB2 -（ 5% ～ 15vol% ） SiCw 复合材料，其断裂韧性范围为 7． 37 ～ 8． 08 MPa· m1/2［22］。随着烧结助剂 YAG 的加入，1800 ℃ 热压烧结制备出 ZrB2 -SiCw 复合材料的断裂韧性范围为 6． 5 ～ 7． 1 MPa·m1/2［23］。本文作者还曾采用 SPS 在 1550 ℃ 、40 MPa 下制备出 ZrB2 -SiCw 复合材料，其断裂韧性达 6． 81 MPa·m1/2 ； 随着烧结助剂 AlN 和 Si3 N4 的加入，ZrB2 -SiCw 复合材料断裂韧性分别被提高到 8． 50 MPa· m1/2 和 7． 15 MPa·m1/2［18］。SiCw 在前期混料过程中易受到部分损坏，这就会削弱 SiCw 的增韧作用。Wang 等［21］添加一定的 PCS 使 SiCw 得到很好的保护，保证了其增韧作用。有研究表明高温 2000 ℃ 烧结后晶须消 失，出现了很多颗粒［20］，导致材料的断裂韧性下降。晶须增韧的主要机制： （ 1） 晶须桥联增韧； （ 2） 晶须拔出
1引言
二硼化锆（ ZrB2 ） 凭借其高熔点（ ＞ 3000℃ ） 、高强度、高硬度，良好的导电导热性、良好的抗腐蚀性等综 合性能，已经成为目前超高温结构的最佳候选材料之一，将在航空航天等领域发挥重要作用［1］。例如： 可用 作高超音速飞行器机身材料，尤其是机翼前端、鼻锥及引擎口等承受高温的部件使用。此外，ZrB2 还可以作 为热电偶保护套、熔炼金属设备的浇注口、电极等材料使用［2］。然而断裂韧性差严重限制了其广泛的应用。
and ZrB2 -based composites toughened by dispersed particles
Compositions
Processing conditions （ HP or SPS / temperature / pressure）
Fracture toughness / MPa·m1 /2
ZrB2 -SiCpl 复合材料，其断裂韧性范围为 7． 40 ～ 8． 35 MPa·m1/2 。可见，一定含量的 SiCpl 对 ZrB2 材料的增韧 效果十分明显，主要机制为裂纹在晶片处的偏转、晶片的桥联作用以及晶片的拔出。
杨飞宇等［34］采用热压烧结在 2000 ℃ 、30 MPa 下制备出了 ZrB2 -20vol% SiC-（ 1 ～ 4wt% ） CNTs，当 CNTs 含量为 2． 5wt% 时，其断裂韧性达到最高 6． 10 MPa·m1/2 。韧性的提高源于碳纳米管致密度的提高，晶粒的
长大得到有效抑制； 同时碳纳米管与 ZrB2 晶粒形成的“内晶结构”，还能减弱主晶界的作用，诱发穿晶断裂的 发生，抑制断裂过程中的位错运动。
表 2 ZrB2 和不同长径比相增韧的 ZrB2 基复合材料的组分、制备工艺、断裂韧性和参考文献
FENG Lun1 ，WANG Hai-long1 ，FAN Bing-bing1 ，CHEN Jian-bao1 ，XU Hong-liang1 ， CHEN De-liang1 ，LU Hong-xia1 ，ZHANG Rui2
（ 1． School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China； 2． Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management，Zhengzhou 450015，China）
基金项目：国家自然科学基金（ No． 51002142） ； 中国博士后科学基金（ No． 20100471001） ； 清华大学国家新型陶瓷与精细工艺国家重点实验 室开发基金（ KF09010） 资助
作者简介：冯 伦（ 1986-） ，男，硕士研究生，主要从事无机复合材料的研究． 通讯作者：王海龙． E-mail： 119whl@ zzu． edu． cn
第4 期
冯 伦等： 二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展
835
因此，如何对 ZrB2 陶瓷进行增韧成为一个重要的研究方向。目前已经取得了一定的研究成果。本文对这方 面的研究进展作了综述，介绍了二硼化锆陶瓷的各种增韧技术及其机制，并由此提出了二硼化锆陶瓷增韧技 术的发展方向。
2 二硼化锆陶瓷增韧技术
2． 1 弥散颗粒增韧
4． 1 ～ 8． 52
3，4，7，8
SPS /1600 ～ 1700 ℃ /10 ～ 20 MPa
3． 2 ～ 8． 205
5，6，39
ZrB2 -SiC-C
HP /1900 ℃ /20 ～ 30 MPa
4． 15 ～ 6． 6
9，11
ZrB2 -Mo
HP /1950 ℃ /20 MPa
6． 73 ～ 7． 98
References
ZrB2
HP /1800 ～ 1950 ℃ /20 ～ 30 MPa
2． 35 ～ 4． 8
3，4，7，10，14，17
SPS /1600 ～ 1700 ℃ /10 ～ 20 MPa
2． 5 ～ 5． 017
51950 ℃ /20 ～ 30 MPa
关键词：二硼化锆； 增韧技术； 增韧机制
中图分类号：TB332
文献标识码：A
文章编号：1001-1625（ 2011） 04-0834-06
Research and Development of Toughening Technologies of Zirconium Diboride Ceramics
第 30 卷 第 4 期 2011 年 8 月
硅酸盐通报
BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY
Vol． 30 No． 4 August，2011
二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展
冯 伦1 ，王海龙1 ，范冰冰1 ，陈建宝1 ，许红亮1 ，陈德良1 ，卢红霞1 ，张 锐2
16
ZrB2 -ZrSi2
HP /1400 ～ 1550 ℃ /30 MPa
3． 8 ～ 4． 4
17
ZrB2 -TiB2 -Ni
HP /1600 ℃ /30 MPa
4． 09
15
ZrB2 -B4 C-Ni
HP /1870 ℃ /30 MPa
4． 53
15
ZrB2 - Si3 N4
HP /1700 ℃ /30 MPa
效应； （ 3） 裂纹在晶须作用下的偏转。 Guicciardi 等［24］将直径 14 μm、长度 1 mm 的 SiC 纤维、烧结助剂 Si3 N4 和 ZrB2 球磨混合 24 h，后采用
SPS 在 1500 ℃ ，50 MPa 下制备出 ZrB2 -20vol% SiCf-5vol% Si3 N4 复合材料，其断裂韧性为 5． 53 MPa·m1/2 。 尉磊等［32］选用不同含量直径 10 ～ 20 μm、厚度 2 μm 的 SiC 晶片在 1950 ℃ 、20 MPa 热压烧结制备出
Abstract：This paper reviews recent toughening technologies and toughening mechanisms of zirconium diboride ceramics． These technologies include dispersed particles toughening，different aspect ratio phases （ whiskers、chopped fibers、platelets、carbon nano-tubes et al） toughening，zirconia transformation toughening，biomimetic structure toughening，in-situ reaction toughening，SiC whiskers and SiC particles combined toughening． Futhermore，the future development of toughening technology of zirconium diboride ceramics is prospected． Key words：zirconium diboride； toughening technology； toughening mechanism

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氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明

氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展_袁明


2013 年 3 月
氧化锆陶瓷增韧方法的研究进展
3
应用相结合起来， 才能促进氧化锆陶瓷的发展， 从而研 提高和改善陶瓷的 制出适合于具体应用的各种陶瓷， 强度。 * 基 金 项 目： 本 课 题 得 到 江 西 科 技 支 撑 项 目 （ 20123BBG70193 ） 、 江西省教改课题 （ JXJG － 12 － 7 － 15 、 JXJG － 12 － 7 － 19 ） 及南昌航空大学校团委第七界 “三小” 的资助。 参考文献 ［ 1］ M． Rileanu， L． Todan， D． Crisan， N． Drgan， M． Crisan， C． Stan， C． Andronescu， M． Voicescu， B． S． Vasile， A． Ianculescu， Sol – gel zirconia nanopowders J． Alloys． with α － cyclodextrin as organic additive， 517 （ 2012 ） 157 － 163． Compd． ， ［ 2］ 林振汉． 氧化锆材料在结构陶瓷的应用技术 、 现状 J］ ． 稀有金属快报， 2004． 06 ： 11 － 15． 和发展［ ［ 3］ 马中义， 徐润， 杨成， 等． 不同形态 ZrO2 的制备及其 ． 物理化学学报， 2004 ， 20 （ 10 ） ： 表面性质研究［J］ 1221 － 1225． ［ 4］ Monte F Del， Larsen W， Mackenzie J D． Stabilization of tetragonal ZrO2 in ZrO2 － SiO2 binary oxides［J］ ． J Am 2000 ， 83 （ 3 ） ： 628 － 634． Ceram S℃ ， ［ 5］ Puolakka K J， Juutilainen S， Krausel A O I． Combined CO2 reforming and partial oxidation of n － heptane on noble metal zirconia catalysts ［J］ ． Catalysis Today， 2006 ， 115 （ 1 － 4 ） ： 217 － 221． ［ 6］ Barbucci A， Viviani M， Carpanese D， et al． Impedance analysis of oxygen reduction in SOFC composite electrodes［J］ ． Electr℃ himica Acta， 2006 ， 51 （ 8 － 9 ） ： 1641 － 1650． ［ 7］ 熊炳昆， 林振汉， 杨新民， 蒋东民， 罗方承， 张玲秀． ． 北京： 冶金工业出 二氧化锆制备工艺与应用［M］ 2008 ： 265． 版社， ［ 8］ R． C． Garvie， R． H． Hannink ＆ R． T． Pascoe． Ceramic steel． Nature， 1975 ， 258 ， 703 － 704． ［ 9］ Richard H． J． Hannink， Patrick M． Kelly and Barry C． Muddle． Transformation Toughening in Zirconia － ConJ］ ． Journal of the American Ceramic taining Ceramics［ S℃ iety． （ 2000 ） ， 83 （ 3 ） ， 461 – 487． ［ 10］Hu， Jianbo； Ichiyanagi， Kouhei； Takahashi， Hiroshi； Koguchi， Hiroaki； Akasaka， Takeaki； Kawai， Nobuaki； Nozawa， Shunsuke； Sato， Tokushi； Sasaki， Yuji C． ； Adachi ， Shin － ichi； Nakamura， Kazutaka G． Reversible phase transition in laser － sh℃ ked 3Y － TZP ceramics observed via nanosecond time － resolved x － ray diffrac． Journal of Applied Physics， 2012 ， 111 （ 5 ） ， tion［J］ 053526 /1 － 053526 /5．
二硼化锆陶瓷材料的研究及展望

二硼化锆陶瓷材料的研究及展望

万方数据４４材料导报：综述篇２００９年２月（上）第２３卷第２期１Ｚ啦陶瓷材料１．１Ｚ啦的结构与性质图２是Ｚｒ＆晶体结构示意图［３］。

ＺｒＢｚ是六方晶系Ｃ３２型结构的准金属结构化合物，属于间隙相共价键化合物。

硼的电离势较低，在同ｄ电子层高度与未饱和的金属锆形成化合物时，电子向金属的原子骨架靠拢，形成类似金属间化合物的金属相。

Ｂ原子尺寸较大，并且Ｂ与Ｂ可形成多种复杂的共价键。

晶体结构巾的硼原子面和锆原子面交替出现构成二维网状结构，这种类似于石墨结构的硼原子层状结构和锆外层电子结构决定了ＺｒＢ２具有良好的导电性和金属光泽。

离域大Ｊ１键中游离态的电子可迁移就决定了ＺｒＢ２具有良好的导电性和导热性，而硼原子面和锆原子面之间的Ｚｒ－Ｂ离子键以及Ｂ－Ｂ共价键的强键性决定了这种材料的高硬度、脆性和稳定性［４］，其基本性质见表１。

表１ｚｒＢ２的基本性质Ｔａｂｌｅ１ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺｒ＆物性数值物性数值特量ｍ．８僦？蹦６。

晶体结构六方电阻系数／（１０３０Ｃ－１）１．７６点阵常数／Ａ篙．１５７３．显微硬度／ＧＰａ２３密度／（ｇ／ｃｍ３）６．１２弹性模量／ＧＰａ４８９（怒黑）｛【８．２抗弯强度／ＭＰａＪ４６。

封Ｉ釜喜竺二，３２４５耐熔融金Ａｌ、ｃａ、Ｍｇ、费学竖系擎：５．９”崔鬣苜１兰蠢茗、蔷、（Ｘ１０—６Ｋ一１）“７７—７冈”‘。

ｈ１“、。

“图２Ｚ喁晶体结构示意图Ｆｉｇ．２ＣｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺｒＢｚ１．２ＺｒＢ２陶瓷的应用ｚｒＢ２具有极高的熔点、强度、硬度和导电率（且导电率温度系数为正），以及低的热膨胀系数，此外，还具有好的化学稳定性、捕集中子、阻燃、耐热、耐腐蚀和轻质等特殊性质，因此应用非常广泛［５．６］。

１．２．１耐火材料ＺｒＢ２是优良的特种耐火材料，可用作高温热电偶保护套管、冶金金属的坩埚、铸模等。

把硼化锆用作热电偶保护套管时，由于其气密性不太好及具有导电性，因此必须与氧化铝质内套管配合，才能进行有效的测温工作。

2024年二硼化锆(ZrB2)粉体市场环境分析

2024年二硼化锆(ZrB2)粉体市场环境分析

2024年二硼化锆(ZrB2)粉体市场环境分析简介二硼化锆（ZrB2）粉体是一种具有优异性能和广泛应用的材料。

本文将对ZrB2粉体的市场环境进行分析，包括市场规模和增长趋势、竞争态势、应用领域等方面，以便帮助读者更好地了解该市场，并为相关企业制定发展战略提供参考。

市场规模和增长趋势ZrB2粉体市场在近几年呈现出快速增长的趋势。

其主要应用领域包括航空航天、能源、电子和化工等行业，这些行业对高温耐腐蚀材料的需求推动了ZrB2粉体市场的发展。

据统计，2019年全球ZrB2粉体市场规模达到XX亿美元，并预计在未来几年将保持稳定增长。

市场增长趋势主要受以下因素影响：1. 技术进步和应用拓展随着科技的不断发展，ZrB2粉体的制备工艺不断优化，使其性能得到进一步提升。

同时，不断拓展的应用领域也为市场增长提供了新的机遇。

例如，ZrB2粉体在太阳能电池、高温固体氧化物燃料电池等领域有着广阔的应用前景。

2. 新兴市场需求新兴市场对高性能材料的需求不断增加。

例如，亚洲地区的航空航天产业、电子产业和汽车产业快速发展，对高温耐腐蚀材料的需求量较大，推动了ZrB2粉体市场的增长。

3. 环境保护要求提高在环境保护意识不断提高的背景下，对提高能源效率和减少环境污染的需求也推动了ZrB2粉体的市场增长。

ZrB2粉体广泛应用于节能灯、太阳能电池、节能家电等产品，以满足环境保护要求。

竞争态势ZrB2粉体市场存在激烈的竞争。

主要竞争对手包括国内外的制造商和供应商。

其中，国外企业在技术和市场占有率方面具有较大优势，但国内企业在本土市场竞争中逐渐崭露头角，并通过技术创新和产品质量提升不断提高竞争力。

此外，由于原材料成本的波动和供应链的不稳定性，市场价格竞争也相对激烈。

应用领域ZrB2粉体在多个领域有着广泛的应用，主要包括：1. 航空航天ZrB2粉体在航空航天领域主要用于高温零件、高温结构陶瓷、温度传感器等方面，因其抗腐蚀性、高温稳定性和热导率等性能而备受青睐。

2024年二硼化锆(ZrB2)粉体市场发展现状

2024年二硼化锆(ZrB2)粉体市场发展现状

二硼化锆(ZrB2)粉体市场发展现状引言二硼化锆（ZrB2）粉体是一种重要的陶瓷材料，具有高熔点、高硬度和优良的导热性能，广泛应用于腐蚀环境和高温环境下的耐磨、耐热、电子、航空航天等领域。

本文旨在探讨二硼化锆粉体市场的发展现状，并分析市场所面临的机遇和挑战。

二硼化锆粉体市场发展概述近年来，二硼化锆粉体市场呈现出快速发展的态势。

主要驱动因素包括对高温耐磨陶瓷材料的需求增加、航空航天行业的发展以及技术创新的推动。

1. 高温耐磨陶瓷材料需求增加随着工业生产水平的不断提高，对高温耐磨陶瓷材料的需求不断增加。

二硼化锆粉体由于其优异的耐热性能和硬度，成为制备高温陶瓷材料的理想选择。

其广泛应用于冶金、化工、能源等行业，推动了二硼化锆粉体市场的发展。

2. 航空航天行业的发展航空航天行业对材料的性能要求极高，对于高温耐磨性能优良的陶瓷材料的需求不断增加。

二硼化锆粉体在航空航天行业中被广泛应用于燃烧室、导弹喷管、发动机涡轮等部件的制造，促进了市场的快速发展。

3. 技术创新的推动随着科技的不断进步和创新，制备二硼化锆粉体的技术不断改进和发展。

高纯度的二硼化锆粉体制备技术、粒度控制技术、成型和烧结工艺的改进，都为二硼化锆粉体市场的发展提供了有力支撑。

二硼化锆粉体市场的机遇和挑战1. 机遇（1）不断增长的需求随着工业技术的进步和应用领域的扩大，对于高性能陶瓷材料的需求将持续增长。

二硼化锆粉体作为一种具有优异性能的材料，将受益于不断增长的市场需求。

（2）技术创新带来的发展机遇技术创新在驱动市场发展方面起着重要的作用。

随着制备工艺和性能改进的不断推进，二硼化锆粉体的应用范围将进一步拓展，从而为市场带来更多的机遇。

2. 挑战（1）市场竞争加剧随着市场的规模扩大，竞争也日益激烈。

二硼化锆粉体市场存在一些竞争对手，如氮化硅、氧化锆、碳化硅等材料，这些材料也具有一定的耐磨性能，对市场份额的争夺将是一个挑战。

（2）原材料成本的不稳定性二硼化锆粉体的制备需要消耗大量的原材料，如氧化锆和硼酸等。