摘要：二硼化鋯陶瓷因?yàn)榫哂懈呷埸c(diǎn)、高硬度、高熱導(dǎo)率、高耐沖蝕性能、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，作為一種高溫結(jié)構(gòu)材料越來越受到人們的青睞。但實(shí)際大規(guī)模批量生產(chǎn)的過程中，卻遇到了多種的困難。本文將對(duì)二硼化鋯陶瓷從實(shí)驗(yàn)室階段到全面產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)做進(jìn)一步的解析。

　　國(guó)內(nèi)缺乏優(yōu)質(zhì)的二硼化鋯粉體供應(yīng)商

　　清華大學(xué)謝志鵬教授認(rèn)為，雖然我國(guó)從事先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的歷程比較長(zhǎng)，也取得了一定的成就，但是從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，許多結(jié)構(gòu)陶瓷廠商的產(chǎn)品還處于中低端的水平，總體上和發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的距離。

　　這集中體現(xiàn)為國(guó)內(nèi)粉體生產(chǎn)商存在的普遍問題——粉體制品較大的分散性和不穩(wěn)定性，這直接影響了下游批量規(guī)模化生產(chǎn)的陶瓷制品性能的穩(wěn)定性和可靠性。二硼化鋯粉體的制備方法主要包含:固相法、氣相法、機(jī)械化學(xué)法。工業(yè)用的一種合成方法為碳熱還原法，它屬于固相法一類。通產(chǎn)采用二氧化鋯、碳化硼、碳為原料，在真空感應(yīng)爐和電弧爐中完成二硼化鋯粉體的工業(yè)合成，一般情況下，制備粉體的質(zhì)量、純度和粒度比較理想。目前大量文獻(xiàn)報(bào)道的二硼化鋯粉體的制備都是實(shí)驗(yàn)室合成的，工業(yè)上超高溫陶瓷用二硼化鋯粉末是從德國(guó)H.C.Starck公司進(jìn)口。

　　抗氧化性差和燒結(jié)工藝不成熟掣肘二硼化鋯陶瓷的廣泛應(yīng)用

　　雖然二硼化鋯陶瓷性能優(yōu)異，受到了人們的一致認(rèn)可，但是采用的燒結(jié)工藝制備不成熟，而且高溫制成后容易發(fā)生氧化反應(yīng)。因此，獲得價(jià)格低廉性能穩(wěn)定的二硼化鋯陶瓷是比較困難的，這些都掣肘二硼化鋯陶瓷的廣泛應(yīng)用。

　　就目前的工藝現(xiàn)狀來看，可以考慮往二硼化鋯陶瓷添加與之匹配的材料使之成為復(fù)合材料改善其燒結(jié)性能，增加高溫抗氧化性，提高強(qiáng)度。

　　為了提高二硼化鋯陶瓷的高溫抗氧化性，可以添加一種比二硼化鋯更容易氧化的物質(zhì)，使其先于二硼化鋯發(fā)生氧化，從而起到了保護(hù)主體材料的作用。另外也可以通過熱處理工藝，使其表面形成保護(hù)膜，它比氧化硼更加穩(wěn)定，從而阻止了整體的進(jìn)一步氧化。

　　燒結(jié)致密化的主流工藝包含四種：熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、反應(yīng)熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)。它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。目前優(yōu)化燒結(jié)致密化流程，達(dá)到成本降低性能提高的可行方法是：加入燒結(jié)助劑，如稀土元素或者硼化物；使用原位反應(yīng)技術(shù)或者自蔓延燃燒技術(shù)；采用合適的熱處理工藝，使晶界玻璃再結(jié)晶。

表1 二硼化鋯陶瓷材料的燒結(jié)致密化方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

(來源：公開資料整理)

　　二硼化鋯陶瓷部分理論研究和應(yīng)用開發(fā)程度都不夠深入

　　通常情況下，二硼化鋯陶瓷都被作為高溫結(jié)構(gòu)材料。但其還具有很高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率，所以二硼化鋯陶瓷很有潛力能夠成為熱學(xué)或電學(xué)方面的功能材料。應(yīng)該加大在這方面的研究和開發(fā)，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)以拓展應(yīng)用領(lǐng)域。從而對(duì)上游產(chǎn)業(yè)鏈起到積極的推動(dòng)作用，各個(gè)梯度的產(chǎn)品形成大規(guī)模量產(chǎn)，價(jià)格自然就會(huì)下降，以此形成了一個(gè)良性的產(chǎn)業(yè)循環(huán)。

　　結(jié)語

　　二硼化鋯陶瓷因?yàn)榫哂懈呷埸c(diǎn)、高硬度、高熱導(dǎo)率、高耐沖蝕性能、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，被廣泛地應(yīng)用為高溫結(jié)構(gòu)材料。目前，介紹實(shí)驗(yàn)室階段制備二硼化鋯陶瓷的方法非常多，然而，從實(shí)驗(yàn)室階段到制備技術(shù)的全面產(chǎn)業(yè)化存在很多客觀難題。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，國(guó)內(nèi)缺乏優(yōu)質(zhì)的二硼化鋯粉體供應(yīng)商，制造高性能的二硼化鋯陶瓷需要依賴進(jìn)口原料。從市場(chǎng)的角度看，抗氧化性差和燒結(jié)工藝不成熟在無形中抬高了二硼化鋯產(chǎn)品的價(jià)格，掣肘二硼化鋯陶瓷的廣泛應(yīng)用。從技術(shù)的角度看，二硼化鋯陶瓷部分理論研究和應(yīng)用開發(fā)程度都不夠深入，使其部分熱學(xué)和電學(xué)潛在特性沒有受到市場(chǎng)的重視，也限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。