摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，諸如遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、火箭、航天飛機(jī)、宇宙飛船和超音速飛機(jī)等飛行器正朝著更高速、更大推力、更高空和更安全的方向發(fā)展，這對(duì)飛行器的各項(xiàng)性能提出了更高的要求。由于飛行器與大氣層劇烈摩擦，產(chǎn)生大量熱量，首先要提高的是飛行器材料的耐高溫性能，耐高溫材料包括難熔金屬、碳化物、碳碳材料以及硼化物等。二硼化鋯陶瓷因?yàn)榫哂袠O高的熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高的耐沖蝕性能、高的化學(xué)穩(wěn)定性、高的電熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文將對(duì)二硼化鋯陶瓷材料的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀做進(jìn)一步解析。

　　最早的應(yīng)用始于軍工和航天領(lǐng)域

　　在上世紀(jì)60年代，在美國(guó)空軍的支持下美國(guó)開(kāi)始研制耐高溫陶瓷材料，當(dāng)時(shí)美國(guó)空軍對(duì)于二硼化鋯陶瓷的研制是因?yàn)閺椀缹?dǎo)彈防熱降溫的需求，傳統(tǒng)彈頭通過(guò)燒蝕材料的溶解蒸發(fā)帶走大量熱量實(shí)現(xiàn)降溫。但是這樣會(huì)破壞彈頭的氣動(dòng)外形，增加空氣阻力。如果采用耐高溫陶瓷，將極大地改善熱防護(hù)系統(tǒng)隨飛行器在大氣層中高速飛行中的穩(wěn)定性。

　　2003年，美國(guó)航天飛機(jī)“哥倫比亞”號(hào)升空后爆炸，隨后，為了保障航天飛機(jī)的安全，美國(guó)宇航局決定開(kāi)發(fā)新一代可以耐受3000℃高溫的陶瓷材料，主要是以二硼化鋯、二硼化鉿為主的復(fù)合陶瓷阻燃材料。

　　作為耐火材料的應(yīng)用最為廣泛

　　二硼化鋯陶瓷是性能優(yōu)異的耐火材料，且應(yīng)用非常廣泛。目前，工業(yè)上常見(jiàn)的應(yīng)用包括：制作鋼水連續(xù)測(cè)溫套管和連續(xù)鑄鋼浸入式水口。

　　在連續(xù)鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，相對(duì)以往浸入式水口渣線材料，二硼化鋯耐火材料替代之后，提高了水口的抗鋼水侵蝕和抗剝落等性能。但是在一定程度上，仍然存在較強(qiáng)的侵蝕和氧化鋁堆積等問(wèn)題。而添加二硼化鋯材質(zhì)的水口保護(hù)環(huán)具有抗鋼水侵蝕強(qiáng)和耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，從而提高了水口的使用壽命。因?yàn)樵诟邷叵拢鸹喲趸傻腿埸c(diǎn)的液相三氧化二硼，并且與二氧化鋯進(jìn)行反應(yīng)，從而提高了液相的粘度，保證了材料的抗侵蝕性和耐剝落性。通過(guò)控制適當(dāng)?shù)牧６群驮吓浔龋阅苊黠@高于二氧化鋯材質(zhì)的耐火材料。

　　在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，大量的實(shí)踐證明：往水口磚、耐火磚和澆注料添加二硼化鋯與金屬材料，相關(guān)產(chǎn)品的抗氧化性、耐腐蝕性和抗熱震性等性能都將大大提高。

　　可替代傳統(tǒng)不耐磨損的碳質(zhì)電極

　　傳統(tǒng)碳電極和銅電極在面臨高磨損的情況時(shí)，需要頻繁更換，使連續(xù)作業(yè)頻繁中斷，因此，就不太適合應(yīng)用于材料制備、加工、成型中常見(jiàn)的熱等離子體加工技術(shù)。二硼化鋯具有高硬度和高熔點(diǎn)的特點(diǎn)，而銅具有低熔點(diǎn)和高導(dǎo)熱的特點(diǎn)，采用一定的方法制作的兩者復(fù)合電極，經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，能夠很好地滿足耐磨損連續(xù)作業(yè)的需求。

　　又能作為極端的環(huán)境下的熱電偶材料

　　二硼化鋯和石墨通常被組合起來(lái)制造套管式熱電偶材料，因?yàn)槎鸹喪峭ㄟ^(guò)電子導(dǎo)電，電阻較低，適用于制造觸點(diǎn)和電極材料。在工程試驗(yàn)中，如果置于1200～1600 ℃的氧化氣氛中，熱電勢(shì)數(shù)值較大，熱電勢(shì)隨溫度變化呈單值函數(shù)，線性較好。通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量，其最大變化為所測(cè)溫度的0.5%~1%。可見(jiàn)，在一些金屬熱電偶不適用的特殊場(chǎng)合連續(xù)測(cè)溫中，二硼化鋯基的熱電偶材料能發(fā)揮很好的作用。

　　用作耐磨涂層應(yīng)用于切削工具中

　　由于二硼化鋯硬度極高，因此是很好的耐磨涂層材料，在刀具和切削工具中有較好的應(yīng)用。如ZrB₂-B₄C質(zhì)復(fù)合材料，其低共熔點(diǎn)溫度為2200℃左右(含B₄C摩爾分?jǐn)?shù)約65% )，將B₄C加入到ZrB₂中可以提高制品的硬度，這種復(fù)合材料主要用作耐磨材料與磨具。

　　另外，在耐腐蝕和抗氧化薄膜方面也有一定的應(yīng)用，比如國(guó)外研究人員將其應(yīng)用在光熱太陽(yáng)能中。

　　結(jié)語(yǔ)

　　二硼化鋯陶瓷因?yàn)榫哂懈呷埸c(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高耐沖蝕性能、高化學(xué)穩(wěn)定性、高電熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，最早的應(yīng)用始于軍工和航天領(lǐng)域，作為耐火材料的應(yīng)用最為廣泛，又可替代傳統(tǒng)不耐磨損的碳質(zhì)電極，能作為極端的環(huán)境下的熱電偶材料，可用作耐磨涂層應(yīng)用于切削工具中。當(dāng)然，其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展。