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1、第27卷第5期材料科学与工程学报总第121期Vol27No5JournalofMaterialsScience&EngineeringOct.2009文章编号:16732812(2009)05079305硼化锆基超高温陶瓷材料的研究进展11,211闫永杰,张辉,黄政仁,刘学建(1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要由于在极端环境中具有优异的物理化学性能,超高温陶瓷成为未来高超声速飞行和可重复使用运载飞船领域最具前途的候选材料之一。本文对硼化锆基超高温陶瓷材料粉体合成、烧结致密化和高温热
2、机械性能(主要为抗氧化和抗烧蚀性能)研究方面作了综合评述,对材料研究和应用方面存在的问题作了初步总结,期望能够为推动超高温陶瓷材料的实际应用起到一定的指导意义。关键词超高温陶瓷;致密化;抗氧化;抗烧蚀中图分类号:TB335文献标识码:AResearchandDevelopmentofZrB2basedUltrahighTemperatureCeramics11,211YANYongjie,ZHANGHui,HUANGZhengren,LIUXuejian(1.ShanghaiInstituteofCeramics,ChineseAcademicofSciences,
3、Shanghai200050,China;2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)AbstractUltrahightemperatureceramics(UHTC)havebecomeoneofthepotentialstrategicmaterialsinthefieldsoffuturehypersonicflightsandreusablelaunchvehiclesduetotheirexcellentphysicalandchemicalpropertiesintheextr
4、emeenvironments.Powdersynthesisprocess,sintering,hightemperaturethermomechanicalproperties,especiallyoxidationandablationresistancesweresystemicallyreviewed.Also,theproblemsinthematerialresearchandapplicationswerepreliminarilysummarized.Itisexpectedthiswillprovidessomeguidanceforpropellingtheprac
5、ticalapplicationsoftheUHTCsmaterials.Keywordsultrahightemperatureceramics;densification;oxidationresistance;ablationresistance金属间化合物、C/C复合材料和陶瓷基复合材料等。各种1引言耐火金属与合金虽然成型方便,抗热冲击性能好,断裂韧性好,但是抗氧化性差,高温下抗蠕变性能差,并且大部分金超高温陶瓷(UltrahighTemperatureCeramics,属如Re、W、和Mo密度较大。C/C复合材料具有良好的高UHTCs)一般认为是能够在高温(>180
6、0)以及反应性气温力学性能,但是抗氧化性能差。已经或正在开展利用各氛(如单原子O)中物理化学稳定,具有良好的抗氧化、抗热种涂层来提高其抗氧化性,但是由于C/C复合材料和涂层震和抗烧蚀性能的过渡族金属的硼化物,碳化物和氮化物,系统之间的热膨胀系数匹配问题造成基体容易开裂,材料如TaC,ZrB2,ZrC,HfB2,HfC和HfN等。尤其是硼化物基的使用周期有限。因此可以说,UHTCs随着实际应用的需UHTCs,以其极强的化学键特性而具有高熔点、高模量、高求而应运发展。硬度、低饱和蒸汽压、高热导率和电导率、良好的抗热震等ZrB2基UHTCs材料的研究可以追溯到1960s年代。综合特性,成为超
7、高温应用最具潜力的候选材料,能够潜在Manlab最早开始了UHTCs材料的研究,研究对象主要是应用于制造新型空间飞行器及其运载工具的防热系统的关ZrB2和HfB2及其复合材料,其研发成功的HfB2/20vol%键材料;现代飞船热防护结构材料以及再入式飞船鼻椎,喷SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续使用的要求,嘴和机翼前缘部件材料等[13]。但采用的热压工艺对复杂形状部件制备有很大的限制。到有望在1800以上使用
