超高温陶瓷介绍

超高温陶瓷（UHTC）是一类材料，可用于在温度，化学反应性，腐蚀攻击等中表现出极端的环境中。欧洲杯足球竞彩¹极端环境可能会被认为是在应用中遇到的，包括处理熔融金属和电弧炉电极，但这篇文章将集中在航空航天应用中的材料，如高超声速飞行，超燃冲压发动机推进，火箭推进和大气再入。欧洲杯足球竞彩

图1。X43-A的概念设计，可重复使用的超声波航空航天车辆，可利用UHTC领先边缘和控制表面。图片由美国国家航空航天局提供。

各种标准可用于定义UHTC，包括升高温度下的最终使用温度，环境阻力和强度。对于本文，UHTC被定义为具有超过3000℃的熔化温度的化合物。²使用熔化温度标准，只有少数材料可以被分类为UHTC，其中大部分是早期过渡金属的硼化物，碳化物或氮化物。欧洲杯足球竞彩

表1列出了一些满足熔化温度标准的化合物。从20世纪50年代到大约1970年，美国和苏联对许多化合物进行了广泛的研究，以寻求潜在的航空航天应用。在经历了一段相对不活跃的时期后，近年来，uhtc的研究又开始复苏，包括中国、日本、意大利、乌克兰和美国等国都做出了重大努力。

表格1。一些陶瓷报告熔化温度为3000℃和更高。熔化温度从相图估算。^3.

复合	熔化温度（°C）
t2	3225
ZrB2	3247
NbB2	3036.
HfB2	3380
标签2	3037.
t	3067.
ZrC	3445
美国全国广播公司	3610
氢氟烃	3928
TAC.	3997.

本文的其余部分讨论了正在考虑用于航空航天的两类uhtc，即硼化物和碳化物。

硼化

硼化物陶瓷具有不同寻常的类陶瓷性能，包括高熔化温度(>3000°C)、弹性模量(~500 GPa)和硬度(>20 GPa)，以及金属特性，如高导电性(~10^7.导热系数(60-120 W/m•K)。^4.这种性能的组合使UHTCS对超声波航空车辆和大气再入口车辆的主要应用具有吸引力，这需要材料在超过2000℃的温度下保持其形状。欧洲杯足球竞彩

此外，这些应用需要高导热率作为通过通过传导通过陶瓷从尖锐的前缘去除热的主要方法。从较大的硼化物列表，ZRB₂和HFB.₂由于锆硼化物的稳定性，其抗氧化性能优于其他硼化物，因而成为前沿材料的潜在候选材料欧洲杯足球竞彩₂和hfo.₂在氧化环境中高温温度下的这些材料上的尺度缩放。欧洲杯足球竞彩²

通常，硼化物与其他耐火阶段相结合，例如SiC或MOSI₂提高强度和抗氧化性。^5.传统上，通过在2000℃或更高温度的温度下通过热压致密化硼化物和硼化物颗粒复合材料。最近，C，B等添加剂_4.c，和mosi₂已被用于设计无压力烧结方法，允许二硼化物陶瓷近净形状形成。^6,7.无压致密化的关键似乎是使用高纯度、平均大小为2微米或更小的颗粒与添加剂结合，与粉末颗粒表面的氧化杂质反应并去除。欧洲杯猜球平台

图2.>。图像显示了用无压烧结或ZrB制备的矩形和圆形板2粉末。

研究了ZrB的室温抗弯强度₂和HFB.₂陶瓷通常在300至500MPa的范围内。当第二阶段（如SiC或MOSI）₂在体积分数为10%或更高的情况下，室内强度在800mpa至1000mpa或更高范围内已有报道。^8,9.由于提出的应用将使这些陶瓷暴露在2000°C或更高的温度下，硼化物陶瓷的关键问题之一是在高温下保持强度。

当温度增加到~1000°C时，细晶硼化物陶瓷(包括那些含有颗粒增强体如SiC或MoSi的陶瓷)的强度₂）往往会略微增加。然而，随着温度达到1000℃至1200℃的温度，强度通常会显着降低，通常下降50％以上。少数报道中的少数报道中的一个，其高达1500°C的温度涉及HFB的火花血浆烧结₂的陶瓷。^10.需要进一步的研究来了解硼化物陶瓷的强度和其他升高的温度性能。

碳化物

与硼化物相比，碳化物陶瓷往往具有较高的熔化温度(通常比相应的硼化物高200°C或更高)和较低的热导率和电导率(ZrC的电导率为10^6.S / m相比10^7.ZrB S / m₂)．^11.特别是，TAC被认为具有3997℃的任何材料的最高熔化温度。由于作为氧化产物之一，碳化物倾向于在中间温度下具有较低的抗氧化抗性。^12.然而，碳化物陶瓷(如TaC)在超高温、反应相和腐蚀环境(如固体火箭喷嘴喉道)中显示出了应用前景。

碳化物通常用作名义上单相陶瓷，通过避免反应，溶液形成或对照来最大化熔化温度。高熔化温度与低自扩散系数相结合，使碳化物致致密化，或者在某些情况下不可能使用常规热压市售粉末。

致密化的另一个障碍是发生致密化和晶粒粗化的温度制度的表观重叠，这可能导致形成多晶陶瓷中各种颗粒内的孔隙率。^13.结果是，一些碳化物达到似乎是限制密度，在某些情况下，在温度下进一步增加，实际上实际上可以导致所得陶瓷的相对密度的降低。

外表

用于航空航天应用的超高温陶瓷的开发仍在全球范围内持续。虽然近年来在了解这些材料中的基本微观结构处理性质关系方面取得了重大进展，但需要进一步的工作来开发UHTC，以实现超声波航空航天车辆和火箭电机的推进部件的尖锐领先的应用。欧洲杯足球竞彩基于性能要求的应用，“市场拉动”可能是由于性能要求所以由于温度要求的组合而使用陶瓷，与较重的耐火金属相比，重量节省的应用，或者使用更简单的被动设计而与更复杂的主动相反的应用冷却的组件。

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