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中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國科學(xué)院金屬研究所劉增乾、張哲峰團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)明出一種新型鎂-MAX相仿生金屬陶瓷，該材料具有仿生材料優(yōu)異的輕質(zhì)、高強(qiáng)韌、高阻尼性能。

據(jù)了解，輕質(zhì)高強(qiáng)韌高阻尼材料對(duì)于促進(jìn)結(jié)構(gòu)減重、保障安全服役，以及提升減振、吸能、降噪等功能至關(guān)重要，在航空航天、精密儀器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。由金屬和陶瓷組成的復(fù)合材料，又稱金屬陶瓷，有望綜合陶瓷和金屬的性能優(yōu)勢，同步獲得輕質(zhì)高強(qiáng)韌高阻尼性能。然而，現(xiàn)有金屬陶瓷大都以強(qiáng)化相分散于連續(xù)基體相中，各相三維空間連通性較差，并且往往缺乏特定空間構(gòu)型設(shè)計(jì)，難以兼具陶瓷的高強(qiáng)度與金屬的高韌性，同時(shí)阻尼系數(shù)普遍偏低，并且隨著強(qiáng)度提升而進(jìn)一步下降。

自然界中的貝殼、骨骼等天然生物材料各組成相在三維空間均保持連續(xù)并且相互貫穿，以此實(shí)現(xiàn)不同性能優(yōu)勢的高效結(jié)合。金屬所科研人員受這種巧妙結(jié)構(gòu)啟發(fā)，選用兼具金屬和陶瓷特性并且與鎂界面潤濕性良好的MAX相陶瓷作為組元，利用含氧氣氛下的可控球磨工藝將MAX相剝離成亞微米尺度薄片，進(jìn)而利用真空抽濾實(shí)現(xiàn)陶瓷薄片的擇優(yōu)定向排列，最后將鎂熔體浸滲入部分燒結(jié)的多孔陶瓷骨架中，研制了具有超細(xì)尺度三維互穿類貝殼結(jié)構(gòu)的新型鎂-MAX相仿生金屬陶瓷材料。

該材料在密度與鋁合金相當(dāng)?shù)臈l件下（2.79g·cm^-3），其室溫壓縮與彎曲強(qiáng)度均超過1GPa，即使在200°C下，其強(qiáng)度依然接近700MPa，均顯著高于各組元以及其他鎂-陶瓷復(fù)合材料，同時(shí)獲得了超過350MPa/(g·cm^-3)的超高比強(qiáng)度，高于絕大多數(shù)塊狀鎂及鎂合金、陶瓷以及其他金屬-陶瓷復(fù)合材料，并且仿生材料表現(xiàn)出超過單一鎂組元的優(yōu)異阻尼性能以及良好的斷裂韌性（16.4MPa·m^1/2）。

據(jù)悉，該新型鎂-MAX相仿生金屬陶瓷在承載、減振等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，有望應(yīng)用于航空航天、精密儀器等領(lǐng)域，該仿生設(shè)計(jì)思路也可為開發(fā)新型高性能金屬陶瓷材料提供有益啟示。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Materials Today，并且申請(qǐng)發(fā)明專利一項(xiàng)（專利號(hào)：ZL202110727077.9）。

鎂-MAX相仿生金屬陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、彎曲力學(xué)性能與斷裂機(jī)制

鎂-MAX相仿生金屬陶瓷的力學(xué)性能及其與其他材料的比較

關(guān)鍵詞： 金屬陶瓷