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陶瓷氣凝膠領(lǐng)域
陶瓷氣凝膠因其超輕、耐火、耐腐蝕、耐高溫等特性，非常適合用作航空航天領(lǐng)域的隔熱材料。哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院李惠和徐翔教授在陶瓷氣凝膠隔熱領(lǐng)域取得重要研究成果。該研究成果報(bào)道了一種氣凝膠多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方法，采用半晶質(zhì)（hypocrystalline）陶瓷材料設(shè)計(jì)結(jié)合zig-zag宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，賦予陶瓷氣凝膠近零泊松比（3.3×10-4）和近零熱膨脹（1.2×10-7/℃）的“雙零”反常規(guī)物理性質(zhì)，從而獲得了輕質(zhì)超柔韌、高熱穩(wěn)定性及高溫超隔熱等特性。
半晶質(zhì)雙零陶瓷氣凝膠超彈及高溫隔熱性能
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了一種“氣體湍流”輔助靜電紡絲直接制備三維納米纖維陶瓷氣凝膠的方法，拓展了傳統(tǒng)靜電紡絲制備二維膜材料的束縛，為實(shí)現(xiàn)材料的多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能、大規(guī)模及低成本制備提供了新思路和新方法。
超高韌納米陶瓷領(lǐng)域
哈工大航天學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所鄭永挺教授項(xiàng)目組在超高韌性、柱狀晶納米氧化鋁基陶瓷領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究在陶瓷熔體急速冷卻過程中實(shí)現(xiàn)了在微納尺度上調(diào)控粉體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，在粉末燒結(jié)過程中控制晶粒的幾何特征，為超高韌納米陶瓷的發(fā)展提供了新的技術(shù)原理。
要想制造高韌性的氧化鋁陶瓷，制備出性能優(yōu)異的ZrO2／Al2O3復(fù)合粉體是重要前提。鄭永挺教授項(xiàng)目組首創(chuàng)了“Al-O2超高溫燃燒合成+熔體快速水冷”方法，研制了新型超高溫熔體水冷霧化設(shè)備，合成氧化鋁/氧化鋯亞穩(wěn)態(tài)微米粉（圖a），粉體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)見（圖b），在燒結(jié)致密化過程中，原位誘發(fā)了具有高密度多級(jí)氧化鋯納米結(jié)構(gòu)、亞微米柱狀晶的氧化鋁基陶瓷（圖c, d），可實(shí)現(xiàn)多級(jí)納米結(jié)構(gòu)、柱狀晶、氧化鋯t-m相變等多因素的協(xié)同增韌，大幅度提高了陶瓷的力學(xué)性能，產(chǎn)品兼具極高的硬度（HV20GPa）和極佳的韌性（16MPa•m1/2），其技術(shù)原理可廣泛應(yīng)用于高性能先進(jìn)陶瓷的生產(chǎn)制造。
相比于傳統(tǒng)納米復(fù)合陶瓷的工藝方法，該研究成果產(chǎn)物具有多級(jí)高密度、細(xì)度均勻的納米結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)陶瓷內(nèi)部大量亞微米柱狀晶自發(fā)生長，柱狀晶與基體原子級(jí)結(jié)合緊密，強(qiáng)韌化效果顯著提高；經(jīng)濟(jì)高效、成本低，適于工業(yè)化量產(chǎn)。此外，項(xiàng)目組在“超高溫燃燒合成+熔體快速水冷霧化”技術(shù)方面，取得了多項(xiàng)研究成果。前期已成功制備了氧化鋁/氧化鋯的過飽和固溶體微米粉和納米共晶粉末，燒結(jié)制備了高密度納米結(jié)構(gòu)等軸晶納米陶瓷，在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性相變過程中，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的精密調(diào)控。相關(guān)成果發(fā)表于《歐尢沾尚帷泛汀睹攔沾尚帷吩又荊袷諶ü曳⒚髯ɡ�9項(xiàng)、國際專利1項(xiàng)。
陶瓷3D打印技術(shù)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)重慶研究院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、博士生導(dǎo)師楊治華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞“先進(jìn)陶瓷及其智能制造技術(shù)”取得重大突破，掌握了結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷及其器件制備核心技術(shù)，特別是攻克了陶瓷3D打印“定制化”關(guān)鍵技術(shù)，能夠針對(duì)不同器件和需求進(jìn)行規(guī)�；庸どa(chǎn)。
先進(jìn)陶瓷及智能制造研究中心實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷及其3D打印技術(shù)中心負(fù)責(zé)人楊治華老師團(tuán)隊(duì)帶來了電子元器件散熱陶瓷基板及結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷高精密3D打印技術(shù)兩個(gè)項(xiàng)目。其中，結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷高精密3D打印技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，項(xiàng)目基于高精密的3D打印技術(shù)，將材料耐高溫、隱身、透波、承載等多功能集于一體，誕生了先進(jìn)的陶瓷部件，且相關(guān)材料大幅度應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，提高了精密陶瓷基功能器件的綜合性能及其研制效率，實(shí)現(xiàn)了超高速飛行器關(guān)鍵部件的快速裝備和制造，已獲得5項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)。
織構(gòu)壓電陶瓷領(lǐng)域
多晶陶瓷材料中的陶瓷晶粒的取向被認(rèn)為是隨機(jī)分布的。然而，在成型和燒結(jié)過程中，施加一定的熱、力、電、磁等特殊條件，則會(huì)引導(dǎo)晶粒沿著某些方向排列或生長，獲得晶粒的擇優(yōu)取向，這種現(xiàn)象稱為織構(gòu)。具有這種擇優(yōu)取向的壓電陶瓷即織構(gòu)壓電陶瓷。
(a)普通陶瓷；(b)單晶；(c)織構(gòu)陶瓷微觀示意圖
織構(gòu)壓電陶瓷可獲得盡可能接近單晶的壓電系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。由于織構(gòu)壓電陶瓷(模板晶粒生長技術(shù))與傳統(tǒng)陶瓷(流延法)的制備方法類似，因此，從理論上講，織構(gòu)壓電陶瓷是可以在獲得與單晶類似壓電性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低成本、高成分均勻性以及異性和共型制備。近幾十年來，織構(gòu)壓電陶瓷體系已經(jīng)從Bi4Ti3O12基鉍層狀結(jié)構(gòu)和Sr1–xBaxNb2O6基鎢青銅結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱粒子體系拓展到BaTiO3基、(K,Na)NbO3(KNN)基和PbTiO3基鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的任意形狀粒子體系，織構(gòu)壓電陶瓷體系種類得到豐富的同時(shí)，織構(gòu)壓電陶瓷的取向度及壓電性能也得到了明顯的提升。
哈工大以“Performance enhancement of ultrasonic transducer made of textured PNN-PZT ceramic”為題在期刊JOURNAL OF ADVANCED DIELECTRICS上發(fā)表論文，研究人員選擇與商業(yè)PZT-5H陶瓷具有相近居里溫度與壓電系數(shù)的0.36Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.24PbZrO3-0.40PbTiO3陶瓷作為基體組分，并通過織構(gòu)工程制備了PNN-PZT-3BT織構(gòu)陶瓷。
所有結(jié)果表明，織構(gòu)后的陶瓷具有更高的壓電系數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)，可以有效提高換能器的靈敏度與帶寬，其中更大的壓電系數(shù)有利于換能器高靈敏度的獲得，機(jī)電耦合系數(shù)的大小直接影響到換能器的帶寬�？梢灶A(yù)見，低成本織構(gòu)陶瓷的應(yīng)用可以顯著提升中低端換能器的性能參數(shù)，且隨著織構(gòu)陶瓷的進(jìn)一步發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)高端換能器中壓電單晶的部分替代。
航天飛行陶瓷涂層
11月12日10時(shí)03分，搭載著天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船的長征七號(hào)遙六運(yùn)載火箭在我國文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火發(fā)射，約10分鐘后，船箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道，飛船太陽能帆板順利展開工作，發(fā)射取得圓滿成功。
圖片來源：新華社
哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)王亞明教授課題組研制的耐磨動(dòng)密封陶瓷涂層與關(guān)鍵制備裝備，用于長征七號(hào)火箭伺服系統(tǒng)輕量化蓄壓器殼體，助力長征七號(hào)遙六運(yùn)載火箭發(fā)射天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船。這是耐磨動(dòng)密封陶瓷涂層第五次助力長征七號(hào)火箭發(fā)射天舟系列飛船。
參考來源：哈工大官網(wǎng)、中國粉體網(wǎng)、哈工深圳
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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