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“陶瓷”不怕火煉 可耐2000℃高溫的超高強度陶瓷材料問世
2024年01月15日 16:04:11
來源：化工儀器網 點擊量：5471
陶瓷材料泛指天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料，具有硬度強、熔點高、耐磨耐氧化等特點，工藝成熟的情況下能夠作為功能材料或是結構材料被使用，現如今已經被廣泛應用在我們的生活中。
【化工儀器網 行業百態】陶瓷材料泛指天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料，具有硬度強、熔點高、耐磨耐氧化等特點，工藝成熟的情況下能夠作為功能材料或是結構材料被使用，現如今已經被廣泛應用在我們的生活中。
但事實上，生活中的應用只是陶瓷龐大的應用場景中的一小部分，在航空航天及軍事等重要領域，陶瓷同樣是重要的材料，甚至是起到關鍵作用的核心材料之一。以高速飛行器為例。飛行器在運行過程中會與空氣產生劇烈摩擦，并且速度越快摩擦就越激烈，而摩擦會產生熱量，這也就導致高速飛行器在發展的過程中必須要面對力學強度、熱導率和耐溫性的三重挑戰。而陶瓷材料恰恰滿足了優異力學強度及隔熱屬性，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，其力學強度及隔熱屬性也是此消彼長的關系，因此如何來使其兼顧兩者成為了材料學的研究課題。最近，華南理工大學材料科學與工程學院團隊似乎給出了一個答案。
團隊從傳統多孔陶瓷材料的性質著手，分析了傳統多孔陶瓷材料的耐溫特點，即“降低多孔陶瓷的相對密度，可顯著提高材料的隔熱性能，但是會降低力學強度”，通過多尺度結構設計，成功制備了兼具超強力學強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孔的構筑思路，并且實現了納米尺度上強晶間界面結合及原子尺度上嚴重晶格畸變，而這也是材料能夠兼顧耐溫和高強度的原因。具體來說，“在微米尺度上，通過超高溫快速合成技術在數十秒內完成燒結，抑制晶粒生長，進而在材料內構筑均勻分布的亞微米級超細孔隙；在納米尺度上，通過進一步固溶反應，建立晶粒之間強界面結合；在原子尺度上通過引入9元陽離子嚴重晶格畸變，提高晶格內部的應力場和質量場波動，提高硼化物的本征力學強度”。
根據測試，這種材料的高溫穩定性能夠達到2000℃，是未來理想的航空航天、能源化工領域耐高溫高強度材料候選之一，未來的應用前景值得我們期待。
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