普渡大学研究提高汽车零件陶瓷材料延展性的新技术

普渡大学研究提高汽车零件陶瓷材料延展性的新技术发布时间：2020-03-16

据国外媒体报道，玻璃、导弹头、发动机叶片上的热障涂层、汽车零件、电子和光学元件以及其他物体通常是由陶瓷制成的。虽然陶瓷的机械强度很高，但如果它不暴露在高温下，在负载下轻微拉伸，就会突然断裂。

(照片来源: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，可以使陶瓷克服易碎性，变得更有弹性和耐用。普渡大学称这一过程为“快速烧结”，即在传统烧结过程中加入电场，以大量生产陶瓷零件。

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，在陶瓷成型过程中施加电场可以使材料在室温下几乎与金属一样容易变形。普渡大学的研究小组专门将其技术应用于二氧化钛，一种广泛使用的白色颜料。

该研究团队的博士后研究员金力说:“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，以前很少有研究表明纳米孪晶和堆垛层错能大大提高陶瓷的塑性。”

二氧化钛在室温下延展性的显著提高是由于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，并且缺陷成核通常需要更大的成核应力，该应力大于陶瓷的断裂应力。

该论文的第一作者李说:“我们的研究成果非常重要，为使用多种不同的陶瓷开辟了新的途径。这种新方法可以使陶瓷具有更大的柔韧性和耐用性，能够承受重载荷和高温而不易碎。”

提高陶瓷的塑性意味着在相对较低的温度下，它们的机械耐久性会更高。在裂纹出现之前，研究人员研究的陶瓷样品能够承受与某些金属相同的压缩应力。

“这种韧性陶瓷可用于许多重要的应用，如防御工事、汽车制造、核反应堆和可持续能源设备，”材料工程教授、该研究小组的共同负责人邢行章说。

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