二硼化锆 Zirconium diboride（ZrB2） 

硼化锆是硼化物中较为常见的一种材料，而在硼-锆系统中存在着三种硼化锆，

分别是一硼化锆（ZrB）、二硼化锆（ZrB2）和十二硼化锆（ZrB12），

不过由于二硼化锆在很宽的温度范围内使具有良好的稳定性，所以工业生产制得的

硼化锆大多是以二硼化锆为主要成分的。

中文名称:二硼化锆

CAS No:12045-64-6

EINECS号：234-963-5

分子式: ZrB2

分子重量112.84

密度4.52g/cm3

熔点(3040℃)

一：应用领域

1、航天军工

ZrB2系复合材料由于具有高熔点、高硬度、良好的导电性以及良好

的中子控制能力等特点，非常适合应用于超音速航天飞行器、导弹

外壳的超高温零烧蚀材料。尤其是当今火箭、导弹技术的高速发展，

对硼化锆基陶瓷类的高温结构材料需求更为迫切。随着研究开发工作

的不断深入以及生产技术的不断改进，可以肯定，ZrB2系复合材料的

研究、生产和应用会以新的步伐向前跃进。

二硼化锆（ZrB2）以其极强的化学键特性而具有高熔点、高模量、高硬度、

高热导率和电导率、良好的抗热震等综合特性，成为超高温陶瓷最具潜力的

候选材料。ZrB2陶瓷制品已广泛用作各种高温结构及功能材料，如：

航空工业中的涡轮叶片、磁流体发电电极等。另外，与许多陶瓷材料相比，

它具有较好的导电性能，可通过线切割技术生产形状复杂的部件。但是，

ZrB2材料熔点较高，烧结困难，并且本身的强度和韧性相对较低，限制了

它在苛刻作业环境下的应用。为此，国内外学者采用各种先进的烧结工艺

对添加其它组分的 ZrB2复合材料进行了大量的研究工作，以改善材料的

综合性能。作者主要对ZrB2复合材料体系及致密化研究工作进行了综述。

2、 耐火材料

ZrB2陶瓷是优良的特种耐火材料，可用作高温热电偶保护套管、铸模、

冶金金属的坩埚等，用作热电偶保护套管时，由于其气密性不太好且具

有导电性。因此，必须与氧化铝质内套管配合，才能进行有效的测温工作。

这种材质的热电偶套管在熔化的铁水、黄铜熔体中可以连续长时间使用。

ZrB2陶瓷还可作为耐火材料的抗氧化剂。吕春燕等报道将

ZrB2添加到MgO-C 耐火材料中或者直接以 ZrB2为骨料或细粉制成耐火砖和

浇注料，具有非常好的抗氧化性能及耐火性能，其抗氧化机理可分析为

硼化锆在中温处氧化生成的 B2O3在 MgO-C 中形成 MgO·B2O3熔融相，从而

对砖起到保护作用。

3、电极材料

ZrB2由于电阻率很低，导电机制为电子传导，适用于触点材料和电极材料，

可应用在金属热电偶的电极和高温发热元件中。1994年冯大淦研制了一种

ZrB2和石墨配对的套管式热电偶材料，经实验证明可在1 200~1 600 ℃

置于氧化气氛中工作，热电势数值较

大，1 600 ℃时可达 70 mV 左右，热电势率较高，约 55μV/℃。热电势

随温度变化呈单值函数，线性较好，在氧化气氛中经多次测试，其重复性

为所测温度的1%~1.5%，短时间连续 3 h 以上测试其最大变化为所测温度的 0.5%~1%。

它可在金属热电偶和辐射温度计不适用的某些特殊场合的连续测温

中发挥作用，是一种很好的热电偶材料。

二：二硼化锆陶瓷材料的制取

①ZrB2粉末的制备

制取ZrB2粉末主要是利用锆或高的氧化物进行硼化的反应。传统的合成方法是在高温感应

炉或电阻炉内实现氧化物碳热还原过程，此方法工艺过程简单，但一般温度较高（1800℃左右），

合成粉体纯度较低，平均粒径比较大，烧结活性差。现在多应用碳热还原法、高温自蔓延法、

机械合金化法、陶瓷前躯体裂解法、液相法等。

②ZrB2陶瓷的成型方法

ZrB2的成型方法有很多种，如等静压成型、干压成型、注浆成型、注凝成型等。人们可以根据

自己的需要和实际条件选择不同的成型方法。为了提高制品的致密度和降低烧结温度，人们大多

采用热压烧结，这是一个成型与烧结同时进行的过程，但是只能得到形状简单的ZrB2陶瓷制品。

③ZrB2陶瓷的烧结方法

传统的ZrB2材料的烧结方法有无压烧结和热压烧结，新型烧结方法有原位反应热压法、高温自蔓延

烧结和放电等离子烧结。

三、二硼化锆陶瓷材料的应用举例

二硼化锆陶瓷因为具有熔点和硬度高、导电导热性好、中子控制能力强等特点在高温结构陶瓷材料、

复合材料、耐火材料、电极材料以及核控制材料等领域中被重视和应用。如：航空工业中的涡轮叶片、

磁流体发电电极等。另外，与许多陶瓷材料相比，它具有较好的导电性能，可通过线切割技术生产形状

复杂的部件。

①耐火材料

ZrB2陶瓷是优良的特种耐火材料，可用作高温热电偶保护套管、铸模、冶金金属的坩埚等，用作热电偶

保护套管时，由于其气密性不太好且具有导电性。因此，必须与氧化铝质内套管配合，才能进行有效的

测温工作。这种材质的热电偶套管在熔化的铁水、黄铜熔体中可以连续长时间使用。ZrB2陶瓷还可作为

耐火材料的抗氧化剂。

②电极材料

ZrB2由于电阻率很低，导电机制为电子传导，适用于触电材料和电极材料，可应用在金属热电偶的电极和

高温发热元件中。1994年有研究人员研制了一种ZrB2和石墨配对的套管式热电偶材料，经实验证明可在

1200~1600℃置于氧化气氛中工作，热电偶数值较大，1600℃时可达70mV左右，热电势率较高。它可在金属

热电偶和辐射温度计不适用的某些特殊场合的连续测温中发挥作用，是一种很好的热电偶材料。

③其它材料

由于ZrB2硬度极高，是很好的耐磨材料，在刀具和切削工具中有较好的应用。ZrB2因具有很好的耐腐蚀性能，

国外对ZrB2抗腐蚀、抗氧化薄膜研究得较深入。