由于飛行器機翼前緣和鼻錐等關鍵部件在飛行過程中長時間處于高超聲速巡航、跨大氣層飛行和大氣層再入等極端環境，與大氣劇烈摩擦而產生極高的溫度，因而要求這些部件的材料體系能夠滿足高溫、長壽命的使用要求。碳化物陶瓷（如TiC、SiC、ZrC等）和硼化物陶瓷（如ZrB₂、LaB₆等）憑借能夠承受高達2200攝氏度的優勢而成為航空航天關鍵熱端部件的理想候選材料，低成本批量化制備滿足要求的原材料一直是該領域的熱點課題。

采用碳化硅陶瓷基復合材料（CMC-SiC）的燃燒室部件

燃燒合成法是近年來大規模制備碳化物和硼化物粉體采用的常用技術。該技術利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料，當反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區域傳播，直至反應完全，也稱自蔓延高溫合成技術（SHS）。

一方面，高溫燃燒法工藝簡單，反應迅速、能耗低，一經引燃啟動過程后就不需要對其進一步提供任何能量，且燃燒產生的高溫（通常在2100~3500K以上，最高可達5000K），可將易揮發雜質排除，使產品純度提高。但另一方面，燃燒溫度過高也會導致顆粒長大的問題，不易制備納米級粉體，同時燃燒引發的反應或燃燒波的蔓延相當快，一般為0.1～20.0cm／s，最高可達25.0cm／s，因此反應進程的控制是最大難題。

燃燒合成（自蔓延）技術流程

燃燒合成反應原理

目前的一些研究表明，在燃燒合成體系中加入稀釋劑能夠解決因燃燒溫度過高導致顆粒長大的問題，其機理是：稀釋劑的熔化和揮發吸收了反應放出的熱量，有效降低了體系絕熱溫度；同時為反應提供液相環境增加冷卻速度，從而可調控SHS反應過程，提高成核速率，抑制顆粒長大。

以該理論為基礎，蘭州理工大學的喇培清教授在TiO₂-C-Mg、SiO₂-C-Mg和ZrO₂-C-Mg燃燒合成體系中加入稀釋劑，制備出了平均粒徑最小74 nm、比表面積為15.2 m₂/g的TiC粉體；平均粒徑最小28 nm、比表面積為53.2 m₂/g的SiC粉體；平均粒徑最小48 nm、比表面積為19.5 m₂/g的ZrC粉體。在ZrO₂-B₂O₃-Mg體系中通過改變稀釋劑的加入量調控得到平均粒度為104 nm的ZrB₂粉體。在La₂O₃-B2O₃-Mg-KCl體系中制備得到平均粒徑為345 nm形貌為多面體且結晶度良好的LaB6粉體，成功實現了高純納米碳化物、硼化物粉體的規模化制備。

鹽助燃燒合成法制備的 LaB₆ 粉體浸出后的 SEM 圖，稀釋劑KCL分別為：( a) 5% ; (b)15% ;(c)25% ;(d)35% ;(e)45%。隨著稀釋劑濃度增加，LaB₆ 粉體的平均粒徑不斷減小。

為了讓感興趣的小伙伴了解更多關于鹽助燃燒合成技術的知識，粉體圈邀請了蘭州理工大學的喇培清教授到“2023全國先進陶瓷產業創新發展（唐山）論壇”作題為《鹽助燃燒合成規模化制備航天航空用高純納米碳化物和硼化物陶瓷材料》的報告，分享燃燒合成技術制備碳化物、硼化物的相關知識以及取得的相關成果，屆時歡迎您的傾聽。

報告人簡介

喇培清，教授、博士生導師，省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室副主任，中國微米納米技術學會理事、入選教育部新世紀優秀人才計劃。主要從事微納結構鋼鐵材料和納米粉體規模化制備技術等研究，主持完成國家自然科學基金項目、科技部政府間科技合作項目、甘肅省揭榜掛帥、甘肅省科技重大專項、酒鋼集團、金川集團、上海電氣和甘肅德福新材料公司等科技項目。發表學術論文300余篇，其中SCI、EI期刊150多篇，在國際、國內大會報告、邀請報告30篇，獲國家發明專利18項。獲甘肅省科技進步一等獎1項、技術發明一等獎1項、自然科學二等獎1項、國家基金委優秀項目獎。

唐山先進陶瓷論壇會務組

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