中國粉體網(wǎng)訊  眾所周知，先進陶瓷憑借其高溫特性被廣泛應用于化工、冶金、機械、航空航天等領域。其高溫特性又包括耐高溫與隔熱等特性，這兩者有什么區(qū)別與聯(lián)系呢？

耐高溫陶瓷主要針對陶瓷的“高熔點”而言，即在高溫下不易被破壞的特性，而隔熱陶瓷主要是針對某些特殊陶瓷的“低熱導率”而言，即起到熱量的隔絕作用。需要注意的是，我們講到“隔熱材料”時，一般包括“隔熱”、“隔冷”、“保溫材料”等，而目前對隔熱陶瓷的研究一般集中于在高溫下的隔熱，故在此應用研究范圍內，我們可以知道，耐高溫陶瓷不一定隔熱，但在高溫工作環(huán)境中，隔熱陶瓷必須要滿足耐高溫與絕熱特性。

耐高溫陶瓷

一般來講耐高溫陶瓷是指熔融溫度在氧化硅熔點(1728℃)以上的陶瓷材料的總稱，它是特種陶瓷的重要組成部分，有時也作為高溫耐火材料的組成部分。

按陶瓷材料主要化學組成可分為高溫氧化物陶瓷(如Al₂O₃、ZrO₂、MgO、CaO、ThO₂、Cr₂O₃、SiO₂、BeO、3Al₂O₃·2SiO₂等)，碳化物陶瓷，硼化物陶瓷，氮化物陶瓷及硅化物陶瓷等。作為高溫結構材料，廣泛用于宇航、原子能、電子技術、機械、化工、冶金等許多部門，是現(xiàn)代科學和技術不可缺少的高溫工程材料。

近年來，由于冶煉及其他熱工設備對耐高溫陶瓷材料制品提出的要求越來越高，航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展也刺激了耐高溫陶瓷的發(fā)展，因此其質量不斷提高，品種不斷改善。現(xiàn)在單一組分的耐高溫陶瓷材料因其成分的單一，在性質上存在著明顯的不足，如剛玉材料，燒結溫度高，燒結體的熱膨脹系數(shù)大，抗熱震性差，碳化硅陶瓷材料的抗氧化性較差等。而且耐高溫陶瓷材料在使用中，加工困難，抗熱震性差，不易進行粘結等缺點，也促使了耐高溫陶瓷材料復合化的發(fā)展，如Sialon材料、Sialon復合相材料、耐高溫陶瓷涂層材料、碳化物復合陶瓷耐高溫材料等。

超高溫陶瓷材料

超高溫陶瓷(UHTC)是指熔點超過3000℃的陶瓷化合物，如ZrC、HfC、TaC、HfB₂、ZrB₂、HfN等，具有優(yōu)良的熱化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的物理性能，包括高彈性模量、高硬度、低飽和蒸汽壓、高熱導率和電導率、適中的熱膨脹率和良好的抗熱震性能等，并能在高溫下保持很高的強度，通常包括過渡金屬硼化物、碳化物、氮化物及其復合材料。

1、超高溫硼化物陶瓷‍

超高溫硼化物陶瓷主要有HfB₂、ZrB₂、TaB₂、TiB₂和YB₄陶瓷。這些陶瓷材料由于含有較強共價鍵，因而具有高熔點、高硬度、高強度、低蒸發(fā)率、高熱導率和電導率等特點。硼化物陶瓷中ZrB₂和HfB₂是目前研究最為廣泛的UHTCs，但其較差的抗氧化性限制了其廣泛應用。

2、超高溫碳化物陶瓷‍

碳化物陶瓷中，能在超高溫下環(huán)境下應用的有ZrC、HfC、TaC和TiC等。這類陶瓷有著非常高的熔點，在升溫或降溫過程中不發(fā)生固態(tài)相變，還有著較好的抗熱震性和較高的高溫強度，但碳化物UHTCs的斷裂韌性較低，抗氧化性能差。

3、超高溫氮化物陶瓷‍

超高溫氮化物陶瓷如ZrN、HfN和TaN也有良好的性能。過渡金屬氮化物都有著較高熔點。然而，此類難熔氮化物的熔點還與環(huán)境氣壓有關，并不是所有難熔氮化物都適合在高溫高壓的氧化環(huán)境下工作。過渡金屬氮化物在切削工具表面硬化層上有著重要的應用。

隔熱陶瓷

目前對隔熱陶瓷的研究多集中在熱障涂層陶瓷材料方面，熱障涂層主要應用于航空發(fā)動機工業(yè)，具有良好的隔熱效果與高溫抗氧化性能，是目前最為先進的高溫防護涂層之一。

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熱障涂層具有隔熱、抗高溫氧化和耐腐蝕等作用，其典型結構為雙層系統(tǒng)，由表層的陶瓷熱障層和中間的金屬粘結層構成。在熱障涂層中實際起隔熱作用的是陶瓷熱障層，它能有效減少向金屬基體的熱傳導，保護關鍵零部件。合適的熱障涂層陶瓷材料應滿足高熔點、低熱導率、熱膨脹系數(shù)與金屬基體較匹配、良好的高溫化學穩(wěn)定性、與金屬層結合力高、在室溫與工作溫度之間無相變等要求。

1、氧化物穩(wěn)定的ZrO_2‍

氧化物穩(wěn)定的ZrO₂具有較低的熱導率、較高的熱膨脹系數(shù)和良好的高溫性能，很長一段時期內充當著主要的熱障涂層陶瓷材料。用于穩(wěn)定ZrO₂的氧化物種類繁多，二價穩(wěn)定劑有CaO和MgO等，三價穩(wěn)定劑有Y₂O₃，Sm₂O₃，Nd₂O₃，Er₂O₃等，四價穩(wěn)定劑有CeO₂，HfO₂等。

2、鈣鈦礦結構的ABO₃陶瓷

鈣鈦礦結構的ABO₃陶瓷中，早期有SrZrO₃，BaZrO₃，MgZrO₃等應用于熱障涂層。盡管SrZrO₃的熔點高達2690℃，但其在高溫下相穩(wěn)定性較差，不適宜單獨用作高溫下的熱障涂層材料。BaZrO₃的熔點為2000℃，其膨脹系數(shù)相比YSZ低得多，因而其抗熱沖擊性能欠佳。

3、A₂B₂O₇陶瓷材料‍

A₂B₂O₇(A為稀土元素，B為Zr，Hf，Ce等元素)陶瓷材料具有比ZrO₂材料更低的熱導率，相當?shù)臒崤蛎浵禂?shù)及良好的高溫相穩(wěn)定性能，被認為是最有希望替代ZrO₂的材料體系。

4、磁鐵鉛礦結構MMeAl₁₁O₁₉陶瓷‍

磁鐵鉛礦結構的六鋁酸鹽MMeAl₁₁O₁₉(M為La，Nd，Sr等元素，Me為堿土金屬元素等)陶瓷顯微結構由隨機排列的片層組成，是較晚開發(fā)的用于高溫下能保持長期良好的結構和熱穩(wěn)定性的熱障涂層，具有遠低于ZrO₂基熱障涂層材料的燒結速率，存在較多的微孔，有良好的熱絕緣效果。

5、其它陶瓷材料‍

除上述已成體系的熱障涂層陶瓷材料外，還開發(fā)了其他具有熱障涂層應用前景的陶瓷材料。釔鋁石榴石(Y₃Al₅O₁₂，簡稱YAG)也是一種良好的熱障涂層材料，屬石榴石結構，其從室溫至熔點(1970℃)均能保持良好的熱穩(wěn)定性，而且熱導率低，氧在YAG內部的擴散率比在ZrO₂中小10個數(shù)量級，因而YAG能很好地保護基體和金屬粘結層。

參考來源：

[1]李志明等.熱障涂層陶瓷材料的研究現(xiàn)狀與展望

[2]嚴春雷.超高溫陶瓷材料研究進展

[3]袁源.耐高溫陶瓷材料的研究現(xiàn)狀

[4]周宏明.熱障涂層陶瓷材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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