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硼化物陶瓷都有哪些应用?

作者:admin 发布时间:2019-09-09 15:36 浏览:

  硼化物陶瓷作为现代的高技术材料之一,由于具有高熔点、高硬度、高抗氧化性和高耐磨性等性能而作为硬质工具材料、磨料、合金添加剂、耐磨耐蚀部件,同时这种材料又具有优良的电性能,作为惰性电极材料及高温电工材料而受到了人们的高度重视。

  在硼化物陶瓷材料中,ZrB2、TiB2、CrB2等二元硼化物因其性能优异而被认为是最有希望得到广泛应用的硼化物陶瓷。二元硼化物陶瓷材料性价比高,具有优异的□◁力学性能和●物理化学性能。作为功能材料,CrB2、ZrB2、TiB2等硼化物陶瓷广泛应用于耐磨、耐蚀涂层、中子吸收涂层和自熔性合金中的强化硬质相以及超高温涂层。在钢铁工业上,可用于不锈钢涂层。

  ZrB2可以用作熔融金属坩埚、装甲钢板和钢铁工业连续测温的保护管,此外,它作为电子器件可制备在苛刻条件下工作的电导及电触头材料、连铸体中间包两次加热电极和热电偶保护管等。作为结构材▷•●料,ZrB2由于具有高熔点、高硬度、良好的电磁性能和高的抗腐蚀性能,可作为耐高温材料、耐腐蚀材料、耐磨材料和超硬材料,如耐腐蚀和磨损的电镀涂层、水下管口和喷嘴材料等。

  TiB2由于具有优良的导电导热性和不与铝液及冰晶石反应的特点,可用作铝电解槽的阴极或◆◁•阴极涂层,并可◇=△▲制备大电流电极、导轨、电枢等。TiB2还可用作真空蒸镀金属膜的蒸发舟或容器、集成电路、薄膜电容器、光学器件薄膜、镀铝纸或塑料和玻璃的金属镀膜等。在军事应用方面,由于TiB2具有的高弹性模量,可大量应用于军用盔甲类材料。TiB2具有良好的导电性能、稳定的化学性能,可用来制备活泼金属的防杂质扩散层和ASl仪器中的电磁屏蔽及防应力扩散部件。TiB2由于其高硬度和高强度,可用于航空、汽车和工具等行业,制备防弹体、各种▼▲耐磨耐蚀的辊道、衬板、阀门、风机、管道、管配件、模具、刀具和喷嘴等;由于其高稳定性,可用◇…=▲于制备超高温耐火材料,如导弹喷嘴及高温引擎部件等。

  20世纪80年代,日本的Toyo kohan公司开发了一种称之为原位反应液相烧结三元硼化物的新工艺,成功地研制了Mo2FeB2、Mo2NiB2、WCoB等三种硼化物基金属陶瓷。目前,研究较多的三元硼化物基金属陶瓷材料有Mo2FeB2、Mo2NiB2等。

  三元硼化物基金属陶瓷以高温力学性能、高温抗氧化性能、耐蚀耐磨性能等而倍受人们的青睐。作为结构材料,三元硼化物由于具有高熔点、高硬度和高耐磨损抗腐蚀性能,可作为耐高温材料、耐腐蚀材料、耐磨材料和超硬材料。在钢▲●…△铁工业上,主要用于不锈钢涂层,制备轧钢生产线用轧辊、导向辊等,大幅度提高○▲-•■□零件的使用寿命。在航空、汽车和工具等行业,可以用于制备防弹体、各种耐磨耐蚀的辊道、衬板、阀门、风机、管道、抛丸器、模具和喷嘴等。三元硼化物金属陶瓷亦可制备陶瓷刀具,用做高硬度钢的切割工具。

  材料表面往往由于磨损、腐蚀或高温氧化等原因导致失效,故提升材料表面性能至关重要。相比于使用各▪▲□◁类性能优异的特种材料,在已有材料表面通过制备涂层的方式,既提升了原材料的表面性能,还具备更高的经济效益。而硼化物陶瓷▪…□▷▷•因为具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀以及抗高温氧化等特☆△◆▲■点,是材料应用领域的一个重要分支,对其进行关注和研究,可以为新材料研发和制备开辟新方向。

  金属硼化物属于间隙相化合物,其化学键组成相对复杂,同时包括M-M金属键、B-B共价键以及B-M离子键在内的1种或多种,这便从微观层面决定了硼化物具备多种特性。就目前而言,硼化物金属陶瓷在涂层领域应用较多的有二元、三元硼化物以及多元硼化物等;主要的制备技术则有APS(大气等离子喷涂)、HVOF(超音速火焰喷涂)、等离子熔覆、激光熔覆、氩弧熔覆、感应熔覆、气相沉积以及磁控溅射等。

  现代飞行器,如宇宙飞船、人造卫星、火箭、导弹、超音速飞机等•●正朝着高推力、高速度、远距离的方向发展,进而对材料的抗高温性能提出了更高的要求。例如火◆●△▼●箭鼻锥、超音速飞机机翼前沿需要在2000-2400℃的中性或氧化环境下工作。这使得超高温材料的发展需求越来越迫切。

  硼化物陶瓷是具有发展前途的材料。但是,它的研究和发展,与常规材料相比,无论是理论研究▲=○▼还是应用开发都不是很深入和成熟,大规模应用也受到限制。但从近几年的迅速发展来看,可以★-●=•▽预见,随着研究的深入,硼化物金属陶瓷的性能必将得到进一步的改善,将会在多个工业化生产领域中得到应用,尤其在航空航天、汽车、耐火等多种领域将有着美好的应用前景。

  任晓剑,樊自拴:硼化物金属陶瓷涂层的研究▲★-●进展,北京科技大学新材料技术研究院

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