超高温陶瓷及其应用讲座小结超高温陶瓷(UHTCs： Ultra High Temperature Ceramics)是指能在 1800C 以 上温度下使用的陶瓷材料这类陶瓷材料有望用于航天火箭的发动机部件，太空 往返飞行器和高超音速运载工具的防热系统，先进核能系统用抗辐照结构材料和 惰性基体材料，以及金屈高温熔炼和连铸用的电极、J■甘蜗和相关部件等目前, 针对超高温陶瓷的主耍研究内容包括：微结构调控与强韧化、抗氧化一耐烧蚀一 抗热震性能的提升、抗辐照性能的改善等超高温陶瓷材料最早的研究从1960M年代开始当吋在美国空军的支持下， Manlab开始了超高温陶瓷材料的研究，研究对象主要是ZrB?和HfB?及其复合 材料研发的80vol%HfB2-20vol%SiC复合材料能基本满足高温氧化环境下持续 使用的需要，但采用的热压工艺对部件制备有很大的限制到199(Ts , NASA Ames实验室也开始了相关研究与此同时，美国空军从1960\年代开始进行 尖锐前缘飞行器及其热防护系统的分析和设计，经过三十多年的研究，取得了很 大进展Ames实验室及其合作伙伴开展了系统热分析、材料研发和电弧加热器 测试等一系列研究工作，并于1990M年代进行了两次飞行实验(SHARP-B1 . SHARP-B2)o其中，SHARP-B2的尖锐翼而缘根据热环境的不同分为三部分， 分别采用的是ZrB2 /SiC/C > ZrB2/SiC和Hffi2/SiC材料，展示了基于二硼化铅和 二硼化错为主体的一类超高温陶瓷材料作为大气层中高超声速飞行器热防护系 统材料的应用前景。
2003年2刀1日，美国航天飞机发生了“哥伦比亚”号的爆 炸惨剧，为了保障未来的航天飞机具冇更可靠的飞行安全性，美国航天宇航局 (NASA)在“哥伦比亚”号失事后迅速启动了相关的研究计划，其中就包括研究 新一代超高温陶瓷，用于航天飞机的阻热材料研究计划目的在于开发出熔点高 于3000C的超高温陶瓷材料，主要是ZrB2> HfB?以及它们的复合材料，作为航 天飞机的新型阻热材料从材料种类来看，超高温陶瓷主要包括高熔点硼化物和碳化物英中HfB2、ZrB?、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点都超过3000C,无相 变,具冇优良的热化学稳定性和优异的物理性能，包括高弹性模量、高硬度、低 饱和蒸汽压、高热导率和电导率、适中的热膨胀率和良好抗热震性能等，并能在 高温下保持很高的强度成为超高温陶瓷最具潜力的候选材料硼化物陶瓷基复合材料，主要指HfB2、ZrB2为基体的陶瓷基复合材料，材 料的脆性可以通过合理选择原材料的组分、纯度和颗粒度來克服它们的共价键 很强的特性决定了它们很难烧结和致密化为了改善其烧结性，提高致密度，可 通过提高反应物的表面能、提高材料的体扩散率、延迟材料的蒸发、加快物质的 传输速率、促进颗粒的重排及捉高传质动力学来解决。
单相ZrB2或HfB?在1200C 以下具有良好的抗氧化性，这是由于液态B2O3玻璃相的生成，起到了良好的抗 氧化保护作用在1200C以上时，B2O3快速蒸发，从而降低了它作为一种扩散 障碍的效用，ZrB2或HfB?将会发生快速氧化加入SiC可以显著提高它的抗氧 化性能，在高温时形成玻璃相的硅酸盐来覆盖材料的表层，在1600C以下具有 良好的保护作用碳化物陶瓷基复合材料，主要指碳化铅(HfC)、碳化错(ZrC)和碳化钳(TaC) 为基体的陶瓷基复合材料，这三种物质的熔点较硼化物高，加热过程中不会发生 任何固相相变，具有较好的抗热震性，在高温下仍具有高强度这类碳化物陶瓷 的断裂韧性和抗氧化性非常低，为了克服陶瓷的脆性,通常采用纤维来增强增韧 2000年，NASA对RCI公司生产的炭纤维增强HfC基复合材料效果最好，它完 成所有的lOminlO次循环，3次循环质量1.30%, 5次循环质量损失3.28%, 10 次循环质量损失10.33%；完成了 lh的持续加热，质量损失1.12%超高温陶瓷粉体的制备，原料纯度和粒度对超高温陶瓷材料的烧结性能和高 温性能有十分重要的影响在制备过程中残留的杂质或工艺过程加入的添加剂, 能与超高温陶瓷化合物形成低熔点产物，在很大程度上会对高温性能产生不利影 响。
超细的陶瓷粉体可以提高其烧结性能因此，发展高纯、超细的超高温陶瓷粉体合成技术，是制备高性能超高 温陶瓷材料的基础超高温陶瓷致密化烧结通常采用放电等离子烧结，放电等离子体烧结技术是 使可烧结性差的材料(例如ZrB2、ZrC等)致密化的最冇力手段乞一它比其 它大多数传统烧结方法用的烧结温度低、时间短超高温陶瓷材料由于具冇潜在的高温综合性能优异的特点，是未來超高温领 域很有前途的材料，对其开展包括材料体系、粉体合成、烧结和应用等方面的基 础科学研究和科学技术研究，具有重要的科学意义和应用价值。