最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所張國軍研究員帶領的課題組在超高溫陶瓷的制備與微結構調控方面取得了重要進展，他們與日本物質材料研究機構（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了超高溫陶瓷（ZrB2，HfB2）的織構化，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。關于織構化ZrB2-SiC 的學術論文（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，創新性的結合強磁場下的成型與放電等離子燒結是這篇文章的亮點。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果…這篇文章具有足夠的創新來推薦發表。”另一篇關于織構化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，還在于嘗試實現一種特殊的織構化顯微結構。”該項工作已申請中國發明專利一項（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中最有潛力的候選材料之一，但是其目前所表現出來的性能還不能滿足實際應用的需要。織構化是優化陶瓷材料性能的一種重要途徑。ZrB2 和HfB2 具有六方晶體結構，不同晶面具有不同的原子密度和化學鍵特征，據此，研究人員預測，這些在晶體結構層次的特征將導致硼化物晶體的各向異性，而織構化則可能實現其在某一方向性能的最優化。為此，研究人員開展了織構化超高溫陶瓷的研究。在獲得顆粒單分散漿料的基礎上，首先通過在強磁場下（12T）注漿成型，然后采用SPS 燒結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織構化陶瓷，與c軸垂直的（00l）面表現出更高的硬度，在高溫氧化條件下更容易形成具有保護性的SiO2膜，致使內部ZrB2，HfB2 的氧化被抑制。硼化物超高溫陶瓷織構化后在（00l）面所表現出的明顯的抗氧化性能優勢，將有利于材料潛在性能的最大發揮。這一研究結果在超高溫陶瓷領域是首次報道，并為超高溫陶瓷的微結構調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、材料制備與微結構控制的研究(No. 50632070)“的資助。（來源：中科院上海硅酸鹽研究所）