中国哈尔滨大学的科研团队近期在超高温陶瓷领域取得进展，开发出一种新颖的两步法烧结工艺，以碳化锆（ZrC）、二硅化钛（TiSi2）和碳化硼（B4C）为原料，生产出性能优异的耐热材料。这项技术有望应用于高超音速飞行器、核反应堆等极端环境下的先进系统。

超高温陶瓷通常以碳化锆为主要材料，因其高熔点和固态稳定性而备受关注，但传统方法面临烧结性差和脆性问题，制约了大规模应用。研究人员魏博新和王玉瑾采用两步法工艺来应对这些挑战。

魏博新在新闻稿中解释：“我们旨在解决的核心挑战是如何同时增强ZrC陶瓷的致密化行为和抗断裂性。我们的方法是利用精心设计的原位反应序列，这不仅促进低温致密化，还能创建具有在不同长度尺度上起作用的强化相的分层微观结构。”

工艺的第一步在1600摄氏度下进行，TiSi2与B4C反应生成TiB2和SiC，保持三分钟后温度升至1800摄氏度，以分离反应和扩散过程。释放的硅原子与ZrC基体反应形成ZrSi2和二次SiC，最终产生(Zr,Ti)C和(Ti,Zr)B2固溶体。

王玉瑾补充道：“低温保持优先完成原位反应，生成高密度的细小TiB2和SiC核，同时有意限制基体晶粒生长。随着这些钉扎相分散在微观结构中，随后的高温烧结实现了完全致密化，纳米级颗粒有效抑制了晶粒粗化。”

通过添加30 mol% TiSi2和15 mol% B4C，团队获得了晶粒尺寸低于500纳米的精细结构，材料弯曲强度达到824 ± 46 MPa，断裂韧性为7.5 ± 0.5 MPa·m1/2，性能优于以往报道的ZrC基材料。高分辨率透射电子显微镜分析显示，二次SiC的取向减少了晶格失配，改善了应力传递。

魏博新总结道：“这项工作表明，精心控制反应序列和热历史可以根本上改变碳化物陶瓷的微观结构-性能关系。”相关研究成果已发表在《先进陶瓷杂志》上。