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俄羅斯又做出厲害東西了,能承受2700°C高溫的自癒合陶瓷!

作者:由 粉體工業 發表于 曲藝日期:2022-07-19

高溫陶瓷管能耐多少溫度

俄羅斯又做出厲害東西了,能承受2700°C高溫的自癒合陶瓷!

與金屬相比,陶瓷材料由於具備更出眾的力學與高溫效能而在工業中得到廣泛應用。美中不足的是,陶瓷材料具有與金屬材料不同的多晶結構,它是由離子鍵或者共價鍵組成,具有與金屬鍵不一樣的排列形式。當陶瓷材料受到外界載荷時,由於共價鍵具有一定的方向性,所以當載荷導致材料發生變形時,很難實現位錯滑移。這就導致了陶瓷材料脆性大, 對錶面裂紋十分敏感, 一旦產生裂紋其強度就會大幅度衰減, 可靠性大大降低。

俄羅斯又做出厲害東西了,能承受2700°C高溫的自癒合陶瓷!

因此,自上個世紀以來,研究者除了想盡辦法改善陶瓷的韌性以外,還積極致力於陶瓷材料裂紋癒合的研究,並且取得了一定的成果。例如,早在2018年,日本國立材料研究所和橫浜國立大學組成的研究小組曾在晶粒邊界處添加了一種癒合活化劑,使得陶瓷能夠在飛機發動機高達1000°C的工作溫度下,在短短一分鐘內將裂縫完全癒合。

近日,俄羅斯科學院西伯利亞分院強度物理學與材料科學研究所科研人員開發出了一種能自我修復缺陷的陶瓷複合材料。該研究所科研工作副主任斯韋特蘭娜·布亞科娃稱,新材料的硬度與金剛石相近,研製出的陶瓷可以承受高達2700°C的高溫,而金剛石可承受的最高溫度是2000°C。新材料是在3年的時間裡研發出來的,將用於7倍音速的高速飛行器。目前正處在投入生產階段。

早在20世紀70年代,一些具有裂紋自癒合能力的陶瓷材料被發現,例如ZnO、Al2O3、和MgO等。此後,SiC、Si3N4、Si3N4/SiC、Al2O3/SiC等材料陸續被發現具有裂紋自癒合能力。

Walter Harrer等人研究了Si3N4基陶瓷材料熱處理對裂紋癒合的影響,結果表明,表面缺陷降低了試樣強度,試樣表面磨削裂紋不能完全被拋光,經過熱處理之後陶瓷材料的強度提高的主要原因是在材料的表層形成了一層0。5-2微米玻璃相層,該玻璃相層是填充表面裂紋和氣孔的主要材料。

據瞭解,本次俄羅斯科研人員研發的自癒合陶瓷也與高溫下形成玻璃層相關。其高溫下形成的玻璃塗層可以實現阻斷氧氣的影響,因此對陶瓷的損壞部位可以進行“修復”,10分鐘後,非氧化物陶瓷的效能就可以完全恢復。

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