最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所張國軍研究員帶領(lǐng)的課題組在超高溫陶瓷的制備與微結(jié)構(gòu)調(diào)控方面取得了重要進展，他們與日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)（National Institute for Materials Science）的Yoshio Sakka研究員合作，首次提出并采用強磁場下的注漿成型實現(xiàn)了超高溫陶瓷（ZrB2，HfB2）的織構(gòu)化，為進一步提高超高溫陶瓷的性能提供了新的途徑。該項研究工作發(fā)表在國際著名雜志Scripta Mater上，審稿人對該工作給予了高度評價。關(guān)于織構(gòu)化ZrB2-SiC 的學術(shù)論文（Scripta Mater.，60 （8）, 615-618 (2009)）在投稿5天后即被接收，并獲得編輯——加州大學戴維斯分校Subhash Risbud 教授的高度評價：“采用強磁場下的注漿成型制備ZrB2 基陶瓷是一個有趣的新方向，創(chuàng)新性的結(jié)合強磁場下的成型與放電等離子燒結(jié)是這篇文章的亮點。具有更高硬度和有趣的抗氧化性能各向異性是值得報道的結(jié)果…這篇文章具有足夠的創(chuàng)新來推薦發(fā)表。”另一篇關(guān)于織構(gòu)化HfB2-SiC 的論文（Scripta Mater.，60 [10] 913-916（2009）），審稿人也給予了極高的評價：“這是一篇有趣的文章，不僅在于研究的材料體系，還在于嘗試實現(xiàn)一種特殊的織構(gòu)化顯微結(jié)構(gòu)。”該項工作已申請中國發(fā)明專利一項（200810205213.2）。

 

過渡金屬硼化物陶瓷（ZrB2, HfB2）被認為是超音速飛行器熱保護系統(tǒng)中最有潛力的候選材料之一，但是其目前所表現(xiàn)出來的性能還不能滿足實際應(yīng)用的需要。織構(gòu)化是優(yōu)化陶瓷材料性能的一種重要途徑。ZrB2 和HfB2 具有六方晶體結(jié)構(gòu)，不同晶面具有不同的原子密度和化學鍵特征，據(jù)此，研究人員預測，這些在晶體結(jié)構(gòu)層次的特征將導致硼化物晶體的各向異性，而織構(gòu)化則可能實現(xiàn)其在某一方向性能的最優(yōu)化。為此，研究人員開展了織構(gòu)化超高溫陶瓷的研究。在獲得顆粒單分散漿料的基礎(chǔ)上，首先通過在強磁場下（12T）注漿成型，然后采用SPS 燒結(jié)手段獲得了硼化物顆粒沿c 軸方向高度取向排列（Lotgering取向因子f>0.9）的ZrB2-SiC 和HfB2-SiC陶瓷。對于ZrB2-SiC和HfB2-SiC織構(gòu)化陶瓷，與c軸垂直的（00l）面表現(xiàn)出更高的硬度，在高溫氧化條件下更容易形成具有保護性的SiO2膜，致使內(nèi)部ZrB2，HfB2 的氧化被抑制。硼化物超高溫陶瓷織構(gòu)化后在（00l）面所表現(xiàn)出的明顯的抗氧化性能優(yōu)勢，將有利于材料潛在性能的最大發(fā)揮。這一研究結(jié)果在超高溫陶瓷領(lǐng)域是首次報道，并為超高溫陶瓷的微結(jié)構(gòu)調(diào)控和氧化抑制途徑提出了新的思路。

 

本工作得到國家自然科學基金重點項目“超高溫陶瓷相圖、材料制備與微結(jié)構(gòu)控制的研究(No. 50632070)“的資助。（來源：中科院上海硅酸鹽研究所）