二硼化锆/硼化锆/纳米硼化锆
二硼化锆(Zirconium Diboride, ZrB₂)是六方晶系(AlB₂型)超高温陶瓷,兼具超高熔点、高硬耐磨、金属导电、优异抗热震与抗氧化,为航空航天热防护、高温电极、核工业、耐磨部件核心材料。
基本信息
• 化学式:ZrB₂(分子量112.85)
• CAS:12045-64-6
• 外观:灰黑色/黑灰色六方结晶粉末,带金属光泽
• 纯度:常规≥99.0%,高纯≥99.5%(脱铪)
• 晶型:六方,空间群P6/mmm
核心特性(官网口径)
• 超高熔点:3040℃(常压),3245℃分解,超高温稳定
• 高硬耐磨:莫氏硬度9+,显微硬度22–28 GPa(≈2200–2800 HV)
• 导电导热:室温电阻率9–17 μΩ·cm,热导率25–45 W/(m·K)
• 低热膨胀:6.88×10⁻⁶ /K(25–1000℃),抗热震性优
• 高温抗氧化:1100℃以下稳定,耐酸碱、抗熔融金属侵蚀
• 耐辐射、低中子吸收截面,适配核工业环境
典型应用
• 航空航天:高超声速飞行器热防护面板、发动机喷管、喉衬
• 高温电极:铝电解阴极、电火花加工(EDM)电极、熔融金属坩埚
• 耐磨部件:切削刀具、拉丝模、喷砂嘴、密封环、轴承滚珠涂层
• 核工业:核废料处理容器、反应堆控制材料
• 电子/涂层:高温导电薄膜、PTC发热元件、耐腐蚀涂层
元素分析(理论+实测范围)
1. 理论元素组成(wt%)
• 锆(Zr):80.24%
• 硼(B):19.76%
2. 高纯产品实测元素指标(99.5%级,典型值)
• Zr:79.8–80.5%(含Hf≤0.2%)
• B:19.4–20.0%
• 杂质(≤):
◦ O:0.6%
◦ C:0.2%
◦ Fe:0.08%
◦ Al:0.05%
◦ Si:0.05%
◦ 其他金属:0.12%
3. 工业级成分(98%级,参考)
• ZrB₂:≥98%
• 游离B:<0.5%
• ZrC:<0.5%
• 游离C:<0.5%
物理性能总表(室温,致密烧结体)
性能 典型值 备注
密度 6.08 g/cm³(理论) 烧结体≥5.8 g/cm³
熔点 3040℃ 常压,分解前熔化
显微硬度 22–28 GPa 载荷0.5–1 kgf
莫氏硬度 9+ 仅次于金刚石、c-BN
杨氏模量 540–560 GPa 高刚性,高温保持率好
室温电阻率 9–17 μΩ·cm 类金属导电,低于TiB₂
热导率 25–45 W/(m·K) 随纯度/致密度升高
线膨胀系数 6.88×10⁻⁶ /K 25–1000℃,抗热震优
抗弯强度 400–500 MPa 三点弯曲,高温稳定
断裂韧性 4–6 MPa·m¹/² 优于普通陶瓷
性能简析(关键优势)
1. 超高温稳定性:熔点3040℃,1100℃抗氧化,是少数可在2000℃以上长期服役的陶瓷材料,适配高超声速热防护。
2. 导电+耐磨双优:区别于Al₂O₃、Si₃N₄等绝缘陶瓷,ZrB₂可直接通电+耐高速磨损,适合高温电极与EDM加工。
3. 热匹配性好:热膨胀系数与镍基合金、石墨接近,复合时界面应力小、不易开裂,适配航空发动机复合结构。
4. 核工业适配:低中子吸收截面、耐辐射、化学稳定,用于核废料容器与反应堆部件。
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