普渡大學研究新工藝 提升汽車零部件用陶瓷材料的延展性

據國外媒體報道，酒杯、導彈頭部、發動機葉片上的熱障涂層、汽車零部件、電子和光學元件等物體通常由陶瓷制成。雖然陶瓷的機械強度很高，但如果不暴露在高溫下，在負載下稍微拉一下，就會突然斷裂。

(圖片來源:普渡大學)然而，美國普渡大學的研究人員開發了一種新的工藝，可以讓陶瓷克服易碎的特性，變得更加堅韌耐用。普渡大學將這一過程稱為“閃燒”(flash sintering)，即在傳統的燒結過程中加入電場，以大批量制造陶瓷制成的零件。來自普渡大學工程學院的王海燕教授說:“我們已經能夠證明，即使在室溫下，通過電場燒結的陶瓷在高應變壓縮下也會發生塑性變形(彈性)，這非常令人驚訝。”研究表明，在陶瓷形成過程中施加電場，可以使材料在室溫下幾乎像金屬一樣容易變形。普渡大學的研究團隊專門將其技術應用于一種廣泛使用的白色顏料——二氧化鈦。該研究小組的博士后研究員李晶說:“以前，納米孿晶被引入各種金屬材料中，以提高它們的強度和延展性。然而，以前的研究很少表明納米孿晶和堆垛層錯可以大大提高陶瓷的塑性。”二氧化鈦在室溫下的延展性顯著提高，因為在閃燒過程中出現了高密度缺陷，如堆垛層錯、孿晶和位錯。這種缺陷的存在消除了對陶瓷缺陷成核的需要，陶瓷缺陷成核通常需要大的成核應力，該應力大于陶瓷的斷裂應力。這篇論文的第一作者李說:“我們的研究成果非常重要，它為以新的方式使用各種不同的陶瓷打開了一扇門。這樣的新方法可以使陶瓷更加靈活耐用，可以承受重負荷和高溫而不易碎。”陶瓷的可塑性提高意味著其機械耐久性在相對較低的溫度下會更高。在裂縫出現之前，研究人員研究的樣品陶瓷可以承受與某些金屬相同的壓縮應力。張興航，材料工程系教授和研究小組的共同負責人，說:“這種韌性陶瓷可以用于許多重要的應用，如國防工事，汽車制造，核反應堆和可持續能源設備。”據國外媒體報道，酒杯、導彈頭部、發動機葉片上的熱障涂層、汽車零部件、電子和光學元件等物體通常由陶瓷制成。雖然陶瓷的機械強度很高，但如果不暴露在高溫下，在負載下稍微拉一下，就會突然斷裂。

(圖片來源:普渡大學)然而，美國普渡大學的研究人員開發了一種新的工藝，可以讓陶瓷克服易碎的特性，變得更加堅韌耐用。普渡大學將這一過程稱為“閃燒”(flash sintering)，即在傳統的燒結過程中加入電場，以大批量制造陶瓷制成的零件。來自普渡大學工程學院的王海燕教授說:“我們已經能夠證明，即使在室溫下，通過電場燒結的陶瓷在高應變壓縮下也會發生塑性變形(彈性)，這非常令人驚訝。”研究表明，在陶瓷形成過程中施加電場，可以使材料在室溫下幾乎像金屬一樣容易變形。普渡大學的研究團隊專門將其技術應用于一種廣泛使用的白色顏料——二氧化鈦。該研究小組的博士后研究員李晶說:“以前，納米孿晶被引入各種金屬材料中，以提高它們的強度和延展性。然而，以前的研究很少表明納米孿晶和堆垛層錯可以大大提高陶瓷的塑性。”二氧化鈦在室溫下的延展性顯著提高，因為在閃燒過程中出現了高密度缺陷，如堆垛層錯、孿晶和位錯。這種缺陷的存在消除了陶瓷缺陷成核的需要，而陶瓷缺陷成核通常需要較大的……成核應力，大于陶瓷的斷裂應力。這篇論文的第一作者李說:“我們的研究成果非常重要，它為以新的方式使用各種不同的陶瓷打開了一扇門。這樣的新方法可以使陶瓷更加靈活耐用，可以承受重負荷和高溫而不易碎。”陶瓷的可塑性提高意味著其機械耐久性在相對較低的溫度下會更高。在裂縫出現之前，研究人員研究的樣品陶瓷可以承受與某些金屬相同的壓縮應力。張興航，材料工程系教授和研究小組的共同負責人，說:“這種韌性陶瓷可以用于許多重要的應用，如國防工事，汽車制造，核反應堆和可持續能源設備。”

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