金属陶瓷新工艺打开研制新型复合材料大门

发布时间：2017/2/14 0:03:13

金属陶瓷因其良好的高温稳定性、可加工性和延展性等受到广泛关注，由于制备方法的限制阻碍了其发展。德克萨斯农工大学*近发明了一种新型合成金属陶瓷的方法，利用电流加热熔融金属在压力作用下渗透到陶瓷中，从而合成稳定、高性能的金属陶瓷复合材料。

汽车、航天以及发电行业的快速发展促使着材料学家们对新型工程材料的研发。陶瓷金属复合材料又称金属陶瓷，是一种可以增强运输能力和能量转换的新型材料。金属陶瓷集合了陶瓷和金属等主要成分的优点，包括陶瓷的高温稳定性、金属的可加工性和延展性等。然而，在加工过程中其主要成分一旦在发生反应，金属陶瓷便会失效。

德克萨斯农工大学的研究人员开发了一种快速且有效的技术，能够将陶瓷和金属加工成金属陶瓷，且两者几乎不发生反应。这一突破打开了性能优异的新型复合材料研制的大门。大多数陶瓷和金属在高温下复合是不稳定的，容易发生反应，导致*终的复合材料具有易脆或不耐热等缺陷。材料科学工程系副系主任Miladin Radovic博士认为：“这严重阻碍了新型复合材料的研发，而难以满足我们的发展需求。”

Radovic与材料科学与工程系主任Ibrahim Karaman教授，以及几个博士生、本科生联合开发了电流激发压力辅助渗透法（CAPAI），用于陶瓷和金属的复合，合成稳定、高性能的复合材料。仅需9秒钟，利用CAPAI方法便将陶瓷和金属复合，且两者之间几乎没有发生反应。CAPAI使用电流加热将金属熔融，并施加压力以将熔融金属注入到陶瓷泡沫中。

在他们的初始研究中，研究人员选择金属铝和钛碳化铝（Ti2AlC）陶瓷泡沫，因为前者质量轻、耐腐蚀，且在汽车和航空航天工业中十分普及；而后者具有良好的断裂韧性、导电性和导热性。用两者合成的轻质金属陶瓷具有高强度和良好的温度稳定性。

Radovic称：“电流加热的同时施加压力，从而可以有效地驱动熔融金属进入陶瓷预制件。这种方法加热速度很快且可控，*高可达700摄氏度，提供了一种简单有效的方法来避免陶瓷和熔融金属之间的反应。”

研究人员发现，所得到的复合材料（Ti3AlC3/Al）质量很轻，在环境温度（室温）和高温下都有很好的机械性能。它的强度在室温下比铝合金强10倍，在400℃下强14倍，并且在暴露于高温后不易发生严重降解。

Radovic解释说：“铝和钛铝碳化物挑战了生产所需复合材料的传统方法，因为它们反应所需温度远远超出它们在复合材料中结合所需的温度。CAPAI方法能够加工传统粉末冶金和常规渗透技术不能加工的新型陶瓷-金属复合材料。”

Radovic对这种新型先进复合材料的前景保持乐观，认为这将为工业化的经济和可持续制造创造无限机会。该研究得到了美国空军科学研究办公室以及多学科高校研究创新计划（MURI）对德州农工大学研究员的授权资助。

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