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熔盐法合成HfB2纳米粉体及其氧化行为

2021-03-06 10:20:46

       超高温陶瓷是一类具有3000℃以上高熔点、并具有优良的高温抗氧化性、耐烧蚀性和抗热震性的材料,主要包括过渡金属硼化物、碳化物和氮化物等。其中,HfB2材料以其极强的共价键特性而具有高熔点,高模量,高硬度,低饱和蒸汽压,高热导以及良好的抗氧化性等综合性能,被认为是新型空间飞行器的热防护系统,鼻锥和机翼前缘等部件最有潜力的候选材料。但是,如何高效、快速、低成本、大规模的合成HfB2纳米粉体以满足高性能HfB2材料的开发仍是其面临的主要问题之一。

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      近日,华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉研究员课题组以B粉和HfO2作为前驱体,以KCl/NaCl作为熔盐,采用低温熔盐法在1100℃下成功合成出高纯HfB2纳米粉体,合成粉体平均粒径为150 nm,具有良好的单晶结构。研究发现:高温下液态熔盐的存在不仅可以有效地提高反应物的扩散速率,而且还可以提高它们之间的反应速率,最终诱导高纯HfB2纳米粉体的合成;热重实验表明:合成的HfB2纳米粉体在500 ~ 800℃空气中表现出良好地抗氧化性能,即粉体的整个氧化过程是一个增重的过程,其氧化行为表现出明显的抛物线增加趋势,表明粉体的氧化速率是受氧气在生成的氧化物层中的扩散速率所控制。所合成的HfB2纳米粉体为后续高性能HfB2材料的开发和应用奠定了良好基础。这种方法工艺简单、反应迅速 (分钟级)、温度低,具有大规模合成超高温陶瓷纳米粉体的潜力。


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