• 材料技术突飞猛进——新型陶瓷的新走向
  • 发布时间:2018-07-23 17:08 | 作者:采集侠 | 来源:网络整理 | 浏览:
  • 传统技术烧制陶瓷制品,长则需要封炉好几天,短则需要保温数小时。如今,只需几分钟就能将氮化硅粉末烧成致密强韧的陶瓷,这不是天方夜谭,5月16日出版的英国《自然》杂志载文介绍了这项最新研究成果。    主持这个研究项目的是在瑞典斯德哥尔摩大学从事科研的中国学者沈志坚博士。在新材料及陶瓷研究领域享有盛誉的英国教授德里克·汤姆森应约为这篇文章配发评论说:30多年来,研究与控制陶瓷的微观结构举步维艰,沈志坚与其同事们在这个研究领域取得了突破,使精确控制陶瓷微观结构与性能成为可能。他预期,一系列强韧陶瓷将随着这一成果的推广应运而生。    现代文明与材料技术的突飞猛进是密不可分的。假如硅的纯净度不能达到99.99999%,计算机芯片、移动电话和光纤网络等信息技术产品就不会出现。在过去几十年中,性能优异的新材料不断涌现,使摩天大厦建得更高,汽车变得更轻、更加省油。这其中有金属,有塑料,也有陶瓷的功劳。    今天的陶瓷,不仅仅是茶杯、花瓶。从厨房里的水龙头到轴承、防弹衣、坦克装甲板、飞机发动机和火箭助推器,到处都有陶瓷的踪影。这些新型陶瓷比钢和其它金属密度低,硬度高,耐热性能好。然而,要想做出高强度的新型陶瓷不仅成本非常高,而且也非常不容易,因为陶瓷有其固有的致命弱点:太脆、容易开裂。利用传统烧结方法需要长时间的高温烧烤,其间发生的物理变化、化学反应很难得到精确控制,导致获得的陶瓷材料性能不稳定,可靠性差。    要使陶瓷材料进入大规模的实用阶段,必须改善其太脆易裂的弱点,提高其可靠性,还要将成本降下来。根据沈志坚等的新烧结原理,能高效率地在数分钟之内将氮化硅粉末烧结成一种强韧的陶瓷,能更加简便、精确地控制反应过程,以一种所谓“动力学成熟”法来控制氮化硅颗粒的形态与大小。用一句行话说,这是将组成陶瓷的细小晶体颗粒制成长针状,使它们相互咬合,从而提高韧性。这一成果为解决长期困扰陶瓷研究的“成本”与“可靠性”这两个难题迈出了非凡的一步。正如汤姆森在评论文章中所说,它为陶瓷新材料的工业应用增加了可能性,提供了新方法,为将来开发更高性能的陶瓷开拓了思路。    高性能陶瓷作为现代工业新材料家族中的重要一员,有着巨大的应用前景。上述新发现,将会使这种工业应用离我们更近。譬如,科学家们正在研究让陶瓷取代金属来制造汽车发动机。届时可将发动机的水冷装置省去,热效能也能相应提高。提高涡轮发动机热利用效率的途径之一是提高工作温度,用新陶瓷制作的涡轮入口温度可从800—900摄氏度提高到1350摄氏度,可将热利用效率从现在的15%—20%提高到42%。    利用陶瓷,还可实现多种功能互换。如安放在打火机中的压电陶瓷,一经敲打即刻产生一个电火花,将机械能转变成电能。医用B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷,它实现的却是一个逆向转换:将电脉冲转变成机械振动,产生超声波。高温燃料电池是陶瓷材料应用的又一新领域。将来,在生活小区里,不再需要锅炉,只要一台陶瓷做的燃料电池,既无噪音,又无污染,靠里边发生的氢氧反应,就可将整个小区的供热制冷问题全部解决。    陶瓷的应用,对我们的日常生活也是意义重大。例如,用陶瓷做的牙齿,可与骨头长在一起,更加结实。碰到牙齿裂缝或缺口,在打磨掉裂缝与缺口,保留健康牙根的基础上,打造一个陶瓷牙冠,套上之后无论是外观还是使用功能,都与正常牙齿没什么两样。在解决了“成本”与“可靠性”的难题之后,陶瓷必将给人类带来更多的福祉。(来源:机经网)

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