二硼化锆陶瓷制备从实验室阶段到全面产业化的难点在哪?

　　摘要：二硼化锆陶瓷因为具有高熔点、高硬度、高热导率、高耐冲蚀性能、高化学稳定性等优异的性能，作为一种高温结构材料越来越受到人们的青睐。但实际大规模批量生产的过程中，却遇到了多种的困难。本文将对二硼化锆陶瓷从实验室阶段到全面产业化的难点做进一步的解析。

　　国内缺乏优质的二硼化锆粉体供应商

　　清华大学谢志鹏教授认为，虽然我国从事先进结构陶瓷材料的研发和产业化的历程比较长，也取得了一定的成就，但是从产业链的角度来看，许多结构陶瓷厂商的产品还处于中低端的水平，总体上和发达国家还有一定的距离。

　　这集中体现为国内粉体生产商存在的普遍问题——粉体制品较大的分散性和不稳定性，这直接影响了下游批量规模化生产的陶瓷制品性能的稳定性和可靠性。二硼化锆粉体的制备方法主要包含:固相法、气相法、机械化学法。工业用的一种合成方法为碳热还原法，它属于固相法一类。通产采用二氧化锆、碳化硼、碳为原料，在真空感应炉和电弧炉中完成二硼化锆粉体的工业合成，一般情况下，制备粉体的质量、纯度和粒度比较理想。目前大量文献报道的二硼化锆粉体的制备都是实验室合成的，工业上超高温陶瓷用二硼化锆粉末是从德国H.C.Starck公司进口。

　　抗氧化性差和烧结工艺不成熟掣肘二硼化锆陶瓷的广泛应用

　　虽然二硼化锆陶瓷性能优异，受到了人们的一致认可，但是采用的烧结工艺制备不成熟，而且高温制成后容易发生氧化反应。因此，获得价格低廉性能稳定的二硼化锆陶瓷是比较困难的，这些都掣肘二硼化锆陶瓷的广泛应用。

　　就目前的工艺现状来看，可以考虑往二硼化锆陶瓷添加与之匹配的材料使之成为复合材料改善其烧结性能，增加高温抗氧化性，提高强度。

　　为了提高二硼化锆陶瓷的高温抗氧化性，可以添加一种比二硼化锆更容易氧化的物质，使其先于二硼化锆发生氧化，从而起到了保护主体材料的作用。另外也可以通过热处理工艺，使其表面形成保护膜，它比氧化硼更加稳定，从而阻止了整体的进一步氧化。

　　烧结致密化的主流工艺包含四种：热压烧结、放电等离子烧结、反应热压烧结、无压烧结。它们有各自的优缺点，如表1所示。目前优化烧结致密化流程，达到成本降低性能提高的可行方法是：加入烧结助剂，如稀土元素或者硼化物；使用原位反应技术或者自蔓延燃烧技术；采用合适的热处理工艺，使晶界玻璃再结晶。

表1 二硼化锆陶瓷材料的烧结致密化方法优缺点对比

(来源：公开资料整理)

　　二硼化锆陶瓷部分理论研究和应用开发程度都不够深入

　　通常情况下，二硼化锆陶瓷都被作为高温结构材料。但其还具有很高的电导率和导热率，所以二硼化锆陶瓷很有潜力能够成为热学或电学方面的功能材料。应该加大在这方面的研究和开发，充分发挥其优点以拓展应用领域。从而对上游产业链起到积极的推动作用，各个梯度的产品形成大规模量产，价格自然就会下降，以此形成了一个良性的产业循环。

　　结语

　　二硼化锆陶瓷因为具有高熔点、高硬度、高热导率、高耐冲蚀性能、高化学稳定性等优异的性能，被广泛地应用为高温结构材料。目前，介绍实验室阶段制备二硼化锆陶瓷的方法非常多，然而，从实验室阶段到制备技术的全面产业化存在很多客观难题。从产业链的角度看，国内缺乏优质的二硼化锆粉体供应商，制造高性能的二硼化锆陶瓷需要依赖进口原料。从市场的角度看，抗氧化性差和烧结工艺不成熟在无形中抬高了二硼化锆产品的价格，掣肘二硼化锆陶瓷的广泛应用。从技术的角度看，二硼化锆陶瓷部分理论研究和应用开发程度都不够深入，使其部分热学和电学潜在特性没有受到市场的重视，也限制了其进一步的发展。