二硼化锆粉体合成研究现状与展望

作者：骆吉源; 肖国庆^*; 丁冬海; 种小川; 任金翠

来源：材料导报, 2021, 35(21): 21159-21168.

• 二硼化锆
• 合成原理
• 制备工艺
• 发展方向

二硼化锆(ZrB2)陶瓷的优异性能使其作为航空航天推进系统结构材料的潜力巨大。然而,其分子中的强共价键和低晶界扩散速率使ZrB2烧结致密化困难,且ZrB2陶瓷固有脆性大、对裂纹较为敏感、服役可靠性不高,限制了ZrB2的应用。通过合成性质优良的粉体促进ZrB2陶瓷烧结致密化、改善其固有脆性具有重要现实意义。减小粉体粒径、降低氧杂质含量是促进ZrB2烧结致密化的关键。此外,高长径比一维粉体可有效提高基体的强韧性。因此,超细、低氧含量和一维ZrB2粉体合成是近年来ZrB2粉体合成领域的研究热点。合成反应原理及制备工艺决定了ZrB2粉体的性质。超细粉体的合成关键在于降低反应温度,优化现有反应体系具有一定成效但限制较大,通过新反应体系可在低温下合成粒径为25～35 nm的超细粉体;ZrB2中氧杂质主要是未完全反应的ZrO2,使反应物适度过量可有效提高反应进行程度,氧杂质含量可降至0.14%(质量分数);原位合成的一维ZrB2粉体长径比不高,高长径比纤维仍主要通过静电纺丝工艺制备,但纤维产率较低,因此原位合成高长径比ZrB2粉体仍是一大挑战。本文分析了元素合成、碳热还原、硼热还原、硼/碳热还原、镁热还原及铝热还原合成ZrB2粉体的反应过程与原理;总结了自蔓延高温合成法、熔盐法、机械合金化、溶胶凝胶法和静电纺丝法等制备工艺的优缺点;综述了ZrB2在超细、低氧含量及一维粉体合成三个方向的最新进展;分析了在ZrB2粉体合成过程中影响粒径、氧杂质含量的因素及晶体生长机制,并对未来ZrB2粉体合成研究进行了展望。

• 单位
  西安建筑科技大学