俄罗斯对陶瓷需求(俄罗斯皇家陶瓷)

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俄罗斯又做出厉害东西了,能承受2700°C高温的自愈合陶瓷

与金属相比,陶瓷材料由于具备更出众的力学与高温性能而在工业中得到广泛应用。美中不足的是,陶瓷材料具有与金属材料不同的多晶结构,它是由离子键或者共价键组成,具有与金属键不一样的排列形式。当陶瓷材料受到外界载荷时,由于共价键具有一定的方向性,所以当载荷导致材料发生变形时,很难实现位错滑移。这就导致了陶瓷材料脆性大, 对表面裂纹十分敏感, 一旦产生裂纹其强度就会大幅度衰减, 可靠性大大降低。

俄罗斯又做出厉害东西了,能承受2700°C高温的自愈合陶瓷

因此,自上个世纪以来,研究者除了想尽办法改善陶瓷的韧性以外,还积极致力于陶瓷材料裂纹愈合的研究,并且取得了一定的成果。例如,早在2018年,日本国立材料研究所和横浜国立大学组成的研究小组曾在晶粒边界处添加了一种愈合活化剂,使得陶瓷能够在飞机发动机高达1000°C的工作温度下,在短短一分钟内将裂缝完全愈合。

近日,俄罗斯科学院西伯利亚分院强度物理学与材料科学研究所科研人员开发出了一种能自我修复缺陷的陶瓷复合材料。该研究所科研工作副主任斯韦特兰娜·布亚科娃称,新材料的硬度与金刚石相近,研制出的陶瓷可以承受高达2700°C的高温,而金刚石可承受的最高温度是2000°C。新材料是在3年的时间里研发出来的,将用于7倍音速的高速飞行器。目前正处在投入生产阶段。

早在20世纪70年代,一些具有裂纹自愈合能力的陶瓷材料被发现,例如ZnO、Al2O3、和MgO等。此后,SiC、Si3N4、Si3N4/SiC、Al2O3/SiC等材料陆续被发现具有裂纹自愈合能力。

Walter Harrer等人研究了Si3N4基陶瓷材料热处理对裂纹愈合的影响,结果表明,表面缺陷降低了试样强度,试样表面磨削裂纹不能完全被抛光,经过热处理之后陶瓷材料的强度提高的主要原因是在材料的表层形成了一层0.5-2微米玻璃相层,该玻璃相层是填充表面裂纹和气孔的主要材料。

据了解,本次俄罗斯科研人员研发的自愈合陶瓷也与高温下形成玻璃层相关。其高温下形成的玻璃涂层可以实现阻断氧气的影响,因此对陶瓷的损坏部位可以进行“修复”,10分钟后,非氧化物陶瓷的性能就可以完全恢复。

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