普渡大学研究新工艺 提升汽车零部件用陶瓷材料的延展性

据国外媒体报道，酒杯、导弹头部、发动机叶片上的热障涂层、汽车零部件、电子和光学元件等物体通常由陶瓷制成。虽然陶瓷的机械强度很高，但如果不暴露在高温下，在负载下稍微拉一下，就会突然断裂。

(图片来源:普渡大学)然而，美国普渡大学的研究人员开发了一种新的工艺，可以让陶瓷克服易碎的特性，变得更加坚韧耐用。普渡大学将这一过程称为“闪烧”(flash sintering)，即在传统的烧结过程中加入电场，以大批量制造陶瓷制成的零件。来自普渡大学工程学院的王海燕教授说:“我们已经能够证明，即使在室温下，通过电场烧结的陶瓷在高应变压缩下也会发生塑性变形(弹性)，这非常令人惊讶。”研究表明，在陶瓷形成过程中施加电场，可以使材料在室温下几乎像金属一样容易变形。普渡大学的研究团队专门将其技术应用于一种广泛使用的白色颜料——二氧化钛。该研究小组的博士后研究员李晶说:“以前，纳米孪晶被引入各种金属材料中，以提高它们的强度和延展性。然而，以前的研究很少表明纳米孪晶和堆垛层错可以大大提高陶瓷的塑性。”二氧化钛在室温下的延展性显著提高，因为在闪烧过程中出现了高密度缺陷，如堆垛层错、孪晶和位错。这种缺陷的存在消除了对陶瓷缺陷成核的需要，陶瓷缺陷成核通常需要大的成核应力，该应力大于陶瓷的断裂应力。这篇论文的第一作者李说:“我们的研究成果非常重要，它为以新的方式使用各种不同的陶瓷打开了一扇门。这样的新方法可以使陶瓷更加灵活耐用，可以承受重负荷和高温而不易碎。”陶瓷的可塑性提高意味着其机械耐久性在相对较低的温度下会更高。在裂缝出现之前，研究人员研究的样品陶瓷可以承受与某些金属相同的压缩应力。张兴航，材料工程系教授和研究小组的共同负责人，说:“这种韧性陶瓷可以用于许多重要的应用，如国防工事，汽车制造，核反应堆和可持续能源设备。”据国外媒体报道，酒杯、导弹头部、发动机叶片上的热障涂层、汽车零部件、电子和光学元件等物体通常由陶瓷制成。虽然陶瓷的机械强度很高，但如果不暴露在高温下，在负载下稍微拉一下，就会突然断裂。

(图片来源:普渡大学)然而，美国普渡大学的研究人员开发了一种新的工艺，可以让陶瓷克服易碎的特性，变得更加坚韧耐用。普渡大学将这一过程称为“闪烧”(flash sintering)，即在传统的烧结过程中加入电场，以大批量制造陶瓷制成的零件。来自普渡大学工程学院的王海燕教授说:“我们已经能够证明，即使在室温下，通过电场烧结的陶瓷在高应变压缩下也会发生塑性变形(弹性)，这非常令人惊讶。”研究表明，在陶瓷形成过程中施加电场，可以使材料在室温下几乎像金属一样容易变形。普渡大学的研究团队专门将其技术应用于一种广泛使用的白色颜料——二氧化钛。该研究小组的博士后研究员李晶说:“以前，纳米孪晶被引入各种金属材料中，以提高它们的强度和延展性。然而，以前的研究很少表明纳米孪晶和堆垛层错可以大大提高陶瓷的塑性。”二氧化钛在室温下的延展性显著提高，因为在闪烧过程中出现了高密度缺陷，如堆垛层错、孪晶和位错。这种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较大的……成核应力，大于陶瓷的断裂应力。这篇论文的第一作者李说:“我们的研究成果非常重要，它为以新的方式使用各种不同的陶瓷打开了一扇门。这样的新方法可以使陶瓷更加灵活耐用，可以承受重负荷和高温而不易碎。”陶瓷的可塑性提高意味着其机械耐久性在相对较低的温度下会更高。在裂缝出现之前，研究人员研究的样品陶瓷可以承受与某些金属相同的压缩应力。张兴航，材料工程系教授和研究小组的共同负责人，说:“这种韧性陶瓷可以用于许多重要的应用，如国防工事，汽车制造，核反应堆和可持续能源设备。”

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