中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的研究人員與國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種輕質(zhì)、高韌性、高阻尼仿生材料——鎂-MAX金屬陶瓷。該研究成果近期發(fā)表于《今日材料》，并已申請(qǐng)發(fā)明專利。

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陶瓷材料的比較

Mg-MAX 金屬陶瓷的機(jī)械性能及其與其他材料的比較。由金屬和陶瓷組成的復(fù)合材料又稱金屬陶瓷，可以結(jié)合陶瓷和金屬的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、高韌性和高阻尼。表現(xiàn)。這些優(yōu)異的性能對(duì)于促進(jìn)結(jié)構(gòu)減重、保證使用安全、提高減振、吸能、降噪等功能非常重要。

受到自然界貝殼、骨骼等天然生物材料巧妙結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)選擇了兼具金屬和陶瓷特性、與鎂潤(rùn)濕性良好的MAX相陶瓷，將其剝離成亞微米級(jí)的薄片，并采用真空過濾實(shí)現(xiàn)陶瓷薄片的最佳定向。這樣，鎂熔體可以滲透到部分燒結(jié)的多孔陶瓷骨架中，形成具有超細(xì)尺度三維互穿結(jié)構(gòu)的新型鎂-MAX金屬陶瓷材料，類似于貝殼。

仿金屬陶瓷的優(yōu)點(diǎn)

鎂-Max金屬陶瓷的顯微組織、彎曲力學(xué)性能和斷裂機(jī)理，當(dāng)材料密度與鋁合金相當(dāng)時(shí)，室溫下的壓縮和彎曲強(qiáng)度超過1吉帕斯卡，即使在200攝氏度時(shí)，強(qiáng)度仍接近700 兆帕。同時(shí)具有極高的比強(qiáng)度，即達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度所需的材料質(zhì)量極輕，高于大多數(shù)塊體鎂及鎂合金、陶瓷等金屬陶瓷復(fù)合材料。

適用領(lǐng)域

研究團(tuán)隊(duì)表示，這種材料表現(xiàn)出優(yōu)異的阻尼性能和比單一鎂成分更好的斷裂韌性。它在承載和減振方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有望應(yīng)用于航空航天、精密儀器等領(lǐng)域，而這種仿生設(shè)計(jì)思路也可以為新型高性能金屬陶瓷的開發(fā)提供有益的啟發(fā)?？萍既?qǐng)?bào)沉陽(yáng)1月30日電（記者郝曉明）30日，記者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，該所科研人員與國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)明了一種高仿生材料。重量輕、強(qiáng)度高、阻尼性能高。材料—— 鎂-MAX 金屬陶瓷。該研究成果近期發(fā)表于《今日材料》，并已申請(qǐng)發(fā)明專利。

仿金屬特性

受自然界貝殼、骨骼等天然生物材料巧妙結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的研究人員選擇了兼具金屬和陶瓷性能且與鎂具有良好潤(rùn)濕性的MAX相陶瓷作為組件。在含氧氣氛下采用受控球磨工藝，將MAX相剝離成亞微米薄片，然后通過真空過濾使陶瓷薄片擇優(yōu)排列，使鎂熔體滲透到部分燒結(jié)的陶瓷中。多孔陶瓷骨架，一種具有超細(xì)尺度三維互穿殼狀結(jié)構(gòu)的新型鎂MAX仿生金屬陶瓷材料。

據(jù)介紹，新型仿生金屬陶瓷材料在密度與鋁合金（2.79g cm^-3 3）相當(dāng)?shù)臈l件下，室溫壓縮和彎曲強(qiáng)度均超過1 GPa。即使在200攝氏度下，其強(qiáng)度仍然接近700兆帕。顯著高于其他部件和其他鎂陶瓷復(fù)合材料，同時(shí)強(qiáng)度達(dá)到350 MPa/g·cm-1以上。

仿生金屬陶瓷比單一鎂構(gòu)件表現(xiàn)出優(yōu)異的阻尼性能和良好的斷裂韌性，在承載和減振方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。有望應(yīng)用于航空航天、精密儀器等領(lǐng)域。仿生設(shè)計(jì)思想還可以為新型高性能金屬陶瓷材料的開發(fā)提供有益的啟發(fā)。