中國(guó)粉體網(wǎng)訊  與金屬相比，陶瓷材料由于具備更出眾的力學(xué)與高溫性能而在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。美中不足的是，陶瓷材料具有與金屬材料不同的多晶結(jié)構(gòu)，它是由離子鍵或者共價(jià)鍵組成，具有與金屬鍵不一樣的排列形式。當(dāng)陶瓷材料受到外界載荷時(shí)，由于共價(jià)鍵具有一定的方向性，所以當(dāng)載荷導(dǎo)致材料發(fā)生變形時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)滑移。這就導(dǎo)致了陶瓷材料脆性大, 對(duì)表面裂紋十分敏感, 一旦產(chǎn)生裂紋其強(qiáng)度就會(huì)大幅度衰減, 可靠性大大降低。

因此，自上個(gè)世紀(jì)以來，研究者除了想盡辦法改善陶瓷的韌性以外，還積極致力于陶瓷材料裂紋愈合的研究，并且取得了一定的成果。例如，早在2018年，日本國(guó)立材料研究所和橫浜國(guó)立大學(xué)組成的研究小組曾在晶粒邊界處添加了一種愈合活化劑，使得陶瓷能夠在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高達(dá)1000°C的工作溫度下，在短短一分鐘內(nèi)將裂縫完全愈合。

近日，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院強(qiáng)度物理學(xué)與材料科學(xué)研究所科研人員開發(fā)出了一種能自我修復(fù)缺陷的陶瓷復(fù)合材料。該研究所科研工作副主任斯韋特蘭娜•布亞科娃稱，新材料的硬度與金剛石相近，研制出的陶瓷可以承受高達(dá)2700°C的高溫，而金剛石可承受的最高溫度是2000°C。新材料是在3年的時(shí)間里研發(fā)出來的，將用于7倍音速的高速飛行器。目前正處在投入生產(chǎn)階段。

早在20世紀(jì)70年代，一些具有裂紋自愈合能力的陶瓷材料被發(fā)現(xiàn)，例如ZnO、Al₂O₃、和MgO等。此后，SiC、Si₃N₄、Si₃N₄／SiC、Al₂O₃／SiC等材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)具有裂紋自愈合能力。

Walter Harrer等人研究了Si₃N₄基陶瓷材料熱處理對(duì)裂紋愈合的影響，結(jié)果表明，表面缺陷降低了試樣強(qiáng)度，試樣表面磨削裂紋不能完全被拋光，經(jīng)過熱處理之后陶瓷材料的強(qiáng)度提高的主要原因是在材料的表層形成了一層0.5-2微米玻璃相層，該玻璃相層是填充表面裂紋和氣孔的主要材料。

據(jù)了解，本次俄羅斯科研人員研發(fā)的自愈合陶瓷也與高溫下形成玻璃層相關(guān)。其高溫下形成的玻璃涂層可以實(shí)現(xiàn)阻斷氧氣的影響，因此對(duì)陶瓷的損壞部位可以進(jìn)行“修復(fù)”，10分鐘后，非氧化物陶瓷的性能就可以完全恢復(fù)。

參考來源：

[1]俄開發(fā)具再生能力陶瓷復(fù)合材料.科技日?qǐng)?bào)

[2] 楊道媛等.陶瓷材料裂紋愈合研究進(jìn)展

[3]李明爽.裂紋自愈合陶瓷刀具的研制

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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