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“陶瓷”不怕火炼 可耐2000℃高温的超高强度陶瓷材料问世

2024年01月16日 14:07:49 人气: 157 来源: 化工仪器网
  陶瓷材料泛指天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料,具有硬度强、熔点高、耐磨耐氧化等特点,工艺成熟的情况下能够作为功能材料或是结构材料被使用,现如今已经被广泛应用在我们的生活中。
 
  但事实上,生活中的应用只是陶瓷庞大的应用场景中的一小部分,在航空航天及军事等重要领域,陶瓷同样是重要的材料,甚至是起到关键作用的核心材料之一。以高速飞行器为例。飞行器在运行过程中会与空气产生剧烈摩擦,并且速度越快摩擦就越激烈,而摩擦会产生热量,这也就导致高速飞行器在发展的过程中必须要面对力学强度、热导率和耐温性的三重挑战。而陶瓷材料恰恰满足了优异力学强度及隔热属性,是理想的材料。其中多孔陶瓷材料更是成为了高超声速飞行器的隔热材料首选。
 
  但是即便是陶瓷材料,其力学强度及隔热属性也是此消彼长的关系,因此如何来使其兼顾两者成为了材料学的研究课题。最近,华南理工大学材料科学与工程学院团队似乎给出了一个答案。
 
  团队从传统多孔陶瓷材料的性质着手,分析了传统多孔陶瓷材料的耐温特点,即“降低多孔陶瓷的相对密度,可显著提高材料的隔热性能,但是会降低力学强度”,通过多尺度结构设计,成功制备了兼具超强力学强度和高隔热性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。
 
  这种新型的陶瓷材料在微观尺度上采取了超细孔的构筑思路,并且实现了纳米尺度上强晶间界面结合及原子尺度上严重晶格畸变,而这也是材料能够兼顾耐温和高强度的原因。具体来说,“在微米尺度上,通过超高温快速合成技术在数十秒内完成烧结,抑制晶粒生长,进而在材料内构筑均匀分布的亚微米级超细孔隙;在纳米尺度上,通过进一步固溶反应,建立晶粒之间强界面结合;在原子尺度上通过引入9元阳离子严重晶格畸变,提高晶格内部的应力场和质量场波动,提高硼化物的本征力学强度”。
 
  根据测试,这种材料的高温稳定性能够达到2000℃,是未来理想的航空航天、能源化工领域耐高温高强度材料候选之一,未来的应用前景值得我们期待。
关键词: 陶瓷
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