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金屬+陶瓷:氧化鋁-玻璃仿生陶瓷研究成果發布
來源:粉體圈  發布時間:2019/3/18 13:49:28  點擊:3044

   近,一項利用氧化鋁和金屬制備仿生“玻璃陶瓷”的研究成果發表在自然通訊上,該新型陶瓷的機械性能范圍可控,并且這種仿生陶瓷材料的性能仍有上升空間。


   陶瓷材料具備耐高溫、抗腐蝕、低密度等很多優勢,因此被寄望用于航空航天、能源運輸等常常要面對惡劣工況的行業。但它們的延展性和韌性表現不佳,很容易導致災難性事故發生,這嚴重限制和影響了它們的應用。

   自然界中有殼類軟體動物給研究人員以啟發,生物質殼更像是由“磚”和“砂漿”所構成,實現了增韌和強化機制。對微觀結構的觀察可知,磚可以提供強度,而砂漿則有助于消除局部應力,提供韌性。此次研究就是以微米級氧化鋁陶瓷為“磚”,以金屬為“砂漿”的思路而進行。挑戰之處在于金屬與陶瓷的有機結合。

   研究團隊采用了“冷凍鑄造”(freeze-casting)來解決這個問題。冷凍鑄造是一種將陶瓷顆粒混合在水中,利用溫差冷凍誘導生長出多孔陶瓷,而在冰升華之后,就可以制備出結構復雜的多孔陶瓷結構。此前曾有用聚合物填充冷凍鑄造氧化鋁陶瓷的研究,而此次的研究則使用金屬來替代聚合物。

   此外,為了增加熔融金屬與陶瓷的浸潤結合,研究團隊采用了鋯基金屬玻璃bulk-metallic glass(BMG)為砂漿,還添加了鎂作為活性物質,另對陶瓷結構做了表面涂層等工作。該研究由能源部(DOE)和材料科學與工程部(MSED)等美國政府職能部門資助,并得到了勞倫斯實驗室(LBNL)等科研機構的支持。


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