图3.20　AlB2型结构示意图（右上图为其晶胞俯视图）

该型晶体属于六方晶系、简单六方格子，晶胞如图3.20所示。空间群P6/mnm，其Strukturbericht符号为C32，Pearson符号为hP3。Al原子占据六棱柱角顶和底心位置；B原子处于Al原子构成的三角形重心上方。金属原子层与B原子层交替排列。原子坐标Al（0，0，0）；B（1/3，2/3，1/2）、（2/3，1/3，1/2），Z=1。结构中的离子键、共价键和金属键赋予这类晶体很高的硬度和高温稳定性及良好的导电性和导热性。具有这种结构的晶体有TiB2、ZrB2、HfB2、TaB2、MgB2、AlB2等，其中ZrB2和HfB2被看作是很有应用前景的超高温陶瓷材料。

超高温陶瓷（ultrahigh temperature ceramics，UHTCs）是指能在1600℃，尤其是2000℃以上时，在反应气氛中能够保持其物理、化学稳定性的一类陶瓷材料。它属于高温材料的一种。从1960年代后期开始，高温陶瓷材料的研究主要集中在SiC、Si3N4上。随着新型燃气发动机的出现和超音速飞行器速度的提高，飞行器的羽翼边缘、尖锐的鼻部前端和发动机等部位的温度急剧增加。在1 s内，这些部位的温度会迅速升到2000℃左右。这迫切需要一种更耐高温的材料以保护这些部位。首先，这些材料的熔点要高，通常要高于2000℃。其次，要有一定的抗氧化能力。因为飞行器的飞行环境及发动机的燃料燃烧环境中具有氧化性气氛的气体。第三，热震稳定性等其他性能要好。熔点超过2000℃的材料有300多种。氧化物的熔点高、可抗氧化，但脆性大，且温度超过2000℃时，氧化物易挥发。ThO2有放射性；BeO有毒；ZrO2、HfO2虽然熔点高、不易挥发，但其相变会产生裂纹，而且Zr O2、HfO2不易烧结达到致密化。金属中，铼（Re）的熔点仅次于钨（W）。温度升高，铼的抗张强度从室温时的1172 MPa，下降到2700℃时的50 MPa。铼的应用受限主要原因还有成本高、密度大（22 g/cm3）、不易机械加工、高温下的抗氧化性也不好。TiC、ZrC、HfC、TaC熔点高无相变，但它们氧化后的金属氧化物不易烧结，易粉化剥落。碳化物氧化产生的CO或CO2会离开表面，氧化持续进行。C/C复合材料熔点高、质量轻，但在超高温下更易被氧化。(www.daowen.com)

与前面几种材料相比，过渡金属的二硼化物，尤其是ZrB2、HfB2特别受到人们的关注。ZrB2、HfB2在高温下氧化成ZrO2、HfO2、B2O3。ZrO2、HfO2构成骨架，液态B2O3填充于骨架中，可阻止氧进一步向内部扩散，还能促进ZrO2、HfO2的烧结。然而，随着温度的升高，B2O3开始挥发，抗氧化性减弱。因而大多数硼化物只在较低温度（1200～1400℃）下具有相对好的抗氧化性，故超高温陶瓷的氧化成了制约其发展的一个瓶颈。Clougherty等在1960年代开始把SiC引入ZrB2、HfB2中。他们的最初目的是细化晶粒、提高强度。然而，在高温下形成了液态硼硅玻璃，其挥发性没有B2O3大，而且硼硅玻璃与底层氧化物（ZrO2、HfO2）的润湿性较好、黏附性较强，抗氧化性得到了提高。因此，人们对掺入了SiC的ZrB2和HfB2的研究至今仍如火如荼。但是，当温度高于2000℃时，液态硼硅玻璃也很快挥发，失去保护作用。因此，对超高温陶瓷材料的抗氧化性研究仍是今后很长一段时间需要研究的课题。表3.4列出了ZrB2、HfB2部分性能参数。

表3.4　ZrB2、HfB2部分性能参数（引自Justin，2011）