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“陶瓷”不怕火煉 可耐2000℃高溫的超高強(qiáng)度陶瓷材料問世
2024年01月15日 16:04:11
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5366
陶瓷材料泛指天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料，具有硬度強(qiáng)、熔點(diǎn)高、耐磨耐氧化等特點(diǎn)，工藝成熟的情況下能夠作為功能材料或是結(jié)構(gòu)材料被使用，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在我們的生活中。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】陶瓷材料泛指天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料，具有硬度強(qiáng)、熔點(diǎn)高、耐磨耐氧化等特點(diǎn)，工藝成熟的情況下能夠作為功能材料或是結(jié)構(gòu)材料被使用，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在我們的生活中。
但事實(shí)上，生活中的應(yīng)用只是陶瓷龐大的應(yīng)用場景中的一小部分，在航空航天及軍事等重要領(lǐng)域，陶瓷同樣是重要的材料，甚至是起到關(guān)鍵作用的核心材料之一。以高速飛行器為例。飛行器在運(yùn)行過程中會(huì)與空氣產(chǎn)生劇烈摩擦，并且速度越快摩擦就越激烈，而摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，這也就導(dǎo)致高速飛行器在發(fā)展的過程中必須要面對力學(xué)強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和耐溫性的三重挑戰(zhàn)。而陶瓷材料恰恰滿足了優(yōu)異力學(xué)強(qiáng)度及隔熱屬性，是理想的材料。其中多孔陶瓷材料更是成為了高超聲速飛行器的隔熱材料首選。
但是即便是陶瓷材料，其力學(xué)強(qiáng)度及隔熱屬性也是此消彼長的關(guān)系，因此如何來使其兼顧兩者成為了材料學(xué)的研究課題。最近，華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)似乎給出了一個(gè)答案。
團(tuán)隊(duì)從傳統(tǒng)多孔陶瓷材料的性質(zhì)著手，分析了傳統(tǒng)多孔陶瓷材料的耐溫特點(diǎn)，即“降低多孔陶瓷的相對密度，可顯著提高材料的隔熱性能，但是會(huì)降低力學(xué)強(qiáng)度”，通過多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功制備了兼具超強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度和高隔熱性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。
這種新型的陶瓷材料在微觀尺度上采取了超細(xì)孔的構(gòu)筑思路，并且實(shí)現(xiàn)了納米尺度上強(qiáng)晶間界面結(jié)合及原子尺度上嚴(yán)重晶格畸變，而這也是材料能夠兼顧耐溫和高強(qiáng)度的原因。具體來說，“在微米尺度上，通過超高溫快速合成技術(shù)在數(shù)十秒內(nèi)完成燒結(jié)，抑制晶粒生長，進(jìn)而在材料內(nèi)構(gòu)筑均勻分布的亞微米級超細(xì)孔隙；在納米尺度上，通過進(jìn)一步固溶反應(yīng)，建立晶粒之間強(qiáng)界面結(jié)合；在原子尺度上通過引入9元陽離子嚴(yán)重晶格畸變，提高晶格內(nèi)部的應(yīng)力場和質(zhì)量場波動(dòng)，提高硼化物的本征力學(xué)強(qiáng)度”。
根據(jù)測試，這種材料的高溫穩(wěn)定性能夠達(dá)到2000℃，是未來理想的航空航天、能源化工領(lǐng)域耐高溫高強(qiáng)度材料候選之一，未來的應(yīng)用前景值得我們期待。
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