金属硼化物的制备及其在军工领域的基础应用研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0067

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (12): 13-28.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0067

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金属硼化物的制备及其在军工领域的基础应用研究进展

李峻西¹^,²(), 解志鹏¹^,², 刘云峰³, 马龙¹^,², 陈嘉乐¹^,², 张达¹^,²(), 杨斌¹^,², 梁风¹^,²()

1.昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心，云南昆明 650093
2.昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明 650093
3.陆军装备部驻重庆地区军事代表局，云南曲靖 655000

收稿日期:2024-02-01 出版日期:2024-12-10 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 张达（1989－），男，讲师，主要从事等离子体冶金、材料制备与改性、新能源材料与器件等方面的研究；E-mail：zhangda@kust.edu.cn。
梁风（1984－），男，教授，博士生导师，研究方向为高能量密度储能器件的基础科学问题、等离子体技术制备与改性纳米材料及其在储能上应用等方面的研究；E-mail：liangfeng@kust.edu.cn。
作者简介:李峻西（1998— ），男，博士研究生，研究方向为电弧等离子体制备过渡金属硼化物；E-mail：610163547@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(12175089);国家自然科学基金项目(12205127);云南省重点研发计划项目(202103AF140006);云南省基础研究计划项目(202001AW070004);云南省基础研究计划项目(202301AS070051);云南省基础研究计划项目(202301BE070001-052);云南省基础研究计划项目(202401AT070329);云南省“兴滇英才支持计划”产业创新人才项目(KKXY202252001);云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目(KKXX202452067)

Research progress of preparation of metal borides and their military applications

LI Junxi¹^,²(), XIE Zhipeng¹^,², LIU Yunfeng³, MA Long¹^,², CHEN Jiale¹^,², ZHANG Da¹^,²(), YANG Bin¹^,², LIANG Feng¹^,²()

1.National Engineering Research Center of Vacuum Metallurgy，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China
2.Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China
3.The Military Representative Bureau in Chongqing of the Army Equipment Department，Qujing 655000，China

Received:2024-02-01 Published:2024-12-10 Online:2024-04-22

摘要/Abstract

摘要：

金属硼化物因其具有优异的抗氧化性、高熔点、高硬度、高导热导电率和超导性等特性，在航空航天、超导和电磁波吸收领域有广阔的应用前景。然而，由于传统方法制备的金属硼化物存在颗粒尺寸大、产物纯度低、生产成本高和烧结性差等问题，导致其无法达到理想的应用性能。因此，针对以上问题概述了金属硼化物的结构、性质，详细介绍了金属硼化物不同制备方法的优缺点，综述了近几年国内外金属硼化物在超高温陶瓷、超导和高温吸波领域的研究进展，最后讨论了金属硼化物在超导领域中临界电流密度低、吸波领域中阻抗失配和超高温陶瓷领域中烧结性差、断裂韧性低的问题，并对其未来在粉末制备方法、陶瓷新型成材技术和机器模拟等方向进行了展望。

关键词: 金属硼化物, 结构和性质, 制备方法, 军工应用

Abstract:

Metal borides have excellent oxidation resistance，high melting point，high hardness，outstanding thermal and electrical conductivity，and superconductivity，whch exhibit vast potential applications in aerospace，superconduction，and electromagnetic wave absorption.However，the metal borides prepared by traditional methods face many problems，such as the large particle size，low product purity，high production cost，and poor sintering property，which leads to the unsatisfactory application performance.Therefore，the structure and properties of metal borides were summarized.The advantages and disadvantages of different preparation methods of metal borides were introduced in detail.The research progress of metal borides in the fields of ultra-high temperature ceramics，superconductivity and high temperature absorption in recent years was reviewed.Finally，the problems of low critical current density in the field of superconducting field，impedance mismatch in the field of electromagnetic wave absorption，poor sintering property and low fracture toughness in the field of ultra-high temperature ceramics were discussed，and the future development in the directions of preparation methods，new material formation technologies，and machine simulation was prospected.

Key words: metal borides, structures and properties, preparation methods, military applications

中图分类号:

TQ128.1

李峻西, 解志鹏, 刘云峰, 马龙, 陈嘉乐, 张达, 杨斌, 梁风. 金属硼化物的制备及其在军工领域的基础应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(12): 13-28.

LI Junxi, XIE Zhipeng, LIU Yunfeng, MA Long, CHEN Jiale, ZHANG Da, YANG Bin, LIANG Feng. Research progress of preparation of metal borides and their military applications[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(12): 13-28.

图/表 13

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参考文献 114

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制备方法	原料	制备条件	粒径及形状	产物
碳热还原	Fe₂O₃、Fe₃O₄、B₂O₃、C^［28］	1 473 K、4.5 h	39 nm	Fe₂B
	H₃BO₃、ZrO₂、炭黑、Fe或Co或Ni^［29］	1 500~1 700 ℃、0.5 h	晶须状	ZrB₂
	H₃BO₃、Nb₂O₅、玉米淀粉^［31］	1 800 ℃、1 h	40~50 nm	NbB₂
硼/碳热还原	HfO₂、B₄C、C^［33］	焦耳加热	538 nm	HfB₂
	ZrO₂、B₄C、C^［33］	焦耳加热	645 nm	ZrB₂
	Ta₂O₅、B₄C、NaCl/KCl^［34］	1 200 ℃、0.3 h	长4.16 μm 纳米棒	TaB₂
	ZrO₂、B₄C、C^［36］	1 300 ℃、2 h；1 900 ℃、1 h	陶瓷	ZrB₂
	ZrOCl₂·8H₂O、B₄C、C^［37］	1 600 ℃、1 h	长0.5~3 μm 棒状	ZrB₂
	ZrOCl₂·8H₂O、B₄C、C、NaCl^［38］	1 550 ℃、1 h	长1 μm 棒状	ZrB₂
硼热还原	Nb₂O₅、B、NaCl/KCl^［43］	1 000 ℃、1 h	100 nm	NbB₂
	Ta₂O₅、B^［45］	800 ℃、2 h；热水洗涤；1 550 ℃、1 h	0.8 μm	TaB₂
	HfO₂、B^［47］	1 100 ℃、2 h；热水洗涤；1 550 ℃、1 h	0.8 µm	HfB₂
	Nb₂O₅、B、NaCl/KCl^［48］	800 ℃	61 nm	NbB₂
	Cr₂O₃、B、NaCl/KCl^［49］	900 ℃、1 h	104 nm	CrB₂
镁热还原	TiO₂、B₂O₃、Mg^［54］	球磨2 h；0.5 mol/L HCl、2 h	50~100 nm	TiB₂
自蔓延高温合成	FeCl₂、MgB₂^［59］	点燃	100~500 nm	FeB
	CoCl₂、MgB₂^［59］	点燃	100~500 nm	CoB
	NiCl₂、MgB₂^［59］	点燃	100~500 nm	NiB
	ZrO₂、B₂O₃、Mg、NaCl^［62］	点燃；1 mol/L HCl、2 h	100 nm	ZrB₂
	Ta₂O₅、B、Mg^［63］	点燃；HCl、80 ℃、1 h	50~100 nm	TaB₂
	TiO₂、B₂O₃、Mg、NaCl^［64］	机械诱导；5.4 mol/L HCl、80 ℃、0.5 h	140 nm	TiB₂
热等离子体	Ti、B^［80］	n（Ti）∶n（B）=5∶1、4.1 g/min；Ar气氛	42 nm	TiB₂
	Ti、B^［81］	n（Ti）∶n（B）=3∶2、1 g/min；Ar气氛	20~45 nm	TiB₂
	YB₄、B^［82］	n（Y）∶n（B）=1∶100、0.1 g/min；Ar、He气氛	50 nm	YB₆₆
	Nb、B^［83］	n（Nb）∶n（B）=1∶3、0.2 g/min；Ar、He气氛		NbB₂
	Fe、B^［84］	n（Fe）∶n（B）=1∶2、0.2 g/min；Ar、He气氛	34.5 nm	FeB
	Co、B^［85］	n（Co）∶n（B）=1∶2、0.2 g/min；Ar、He气氛	15 nm	CoB

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金属硼化物的制备及其在军工领域的基础应用研究进展

Research progress of preparation of metal borides and their military applications

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