中國粉體網(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鍵組成，具有與金屬鍵不一樣的排列形式。當陶瓷材料受到外界載荷時，由于共價鍵具有一定的方向性，所以當載荷導(dǎo)致材料發(fā)生變形時，很難實現(xiàn)位錯滑移。這就導(dǎo)致了陶瓷材料脆性大, 對表面裂紋十分敏感, 一旦產(chǎn)生裂紋其強度就會大幅度衰減, 可靠性大大降低。

因此，自上個世紀以來，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，日本國立材料研究所和橫浜國立大學(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發(fā)動機高達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裂紋愈合的影響，結(jié)果表明，表面缺陷降低了試樣強度，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現(xiàn)阻斷氧氣的影響，因此對陶瓷的損壞部位可以進行“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.科技日報

[2] 楊道媛等.陶瓷材料裂紋愈合研究進展

[3]李明爽.裂紋自愈合陶瓷刀具的研制

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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