西安交通大學(xué)材料學(xué)院王紅潔教授團(tuán)隊(duì)在期刊《Journal of the American Ceramic Society》上發(fā)表了題為“Ultrastrong, elastic, and fatigue-resistant SiC nanowires network”的論文。研究分析了新型層狀SiC納米線網(wǎng)絡(luò)的超輕、高強(qiáng)、高彈綜合性能。

研究背景

高孔隙率陶瓷（HPCs，孔隙率>90%）在航空航天、節(jié)能和交通等戰(zhàn)略領(lǐng)域需求迫切。由于強(qiáng)度隨孔隙率升高急劇下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高機(jī)械強(qiáng)度與超高孔隙率極具挑戰(zhàn)。本研究通過(guò)精選材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功制備出一種既具有彈性又具備高強(qiáng)度的陶瓷材料。

研究方法

材料的制備：以柔性SiC納米氣凝膠為基體，通過(guò)熱壓法(1200℃，15MPa，2小時(shí))構(gòu)建層狀結(jié)構(gòu)。

高溫下L-SiC NN在空氣中的原位尺寸變化，使用天津中環(huán)的可視化高溫形變儀TA-16A進(jìn)行測(cè)試。

微觀結(jié)構(gòu)：納米線通過(guò)表面SiO?殼層相互連接，形成層內(nèi)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，層間由傾斜納米線作為“彈簧”連接。
性能表征：

高溫穩(wěn)定性：1100℃下保持結(jié)構(gòu)完整。
熱性能：低熱導(dǎo)率（垂直方向0.121 W/m·K），各向異性導(dǎo)熱（平行方向高50%），適用于高溫隔熱。
彈性與強(qiáng)度：垂直方向壓縮應(yīng)變20%時(shí)完全恢復(fù)，應(yīng)力達(dá)5.7 MPa(優(yōu)于現(xiàn)有彈性陶瓷1-2個(gè)數(shù)量級(jí)); 平行方向楊氏模量高達(dá)238 MPa。
耐疲勞性：10萬(wàn)次壓縮循環(huán)后應(yīng)力保持率88%，永久形變僅2.6%。

研究結(jié)果

該研究通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱壓工藝，成功解決了高孔隙率陶瓷的強(qiáng)度-彈性矛盾，為極端環(huán)境下的輕量化高性能材料提供了新思路。

可視化高溫形變分析儀，光學(xué)非接觸發(fā)測(cè)量材料燒結(jié)過(guò)程膨脹收縮。材料在變溫過(guò)程中形狀、尺寸及物態(tài)變化在線實(shí)時(shí)觀測(cè)，并通過(guò)智能化數(shù)據(jù)采集與圖像處理系統(tǒng)給出直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及圖形報(bào)告。產(chǎn)品性能與國(guó)際同類產(chǎn)品相當(dāng)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。可視化高溫形變分析儀用于材料研發(fā)與制造，有助于精確制定材料燒結(jié)工藝或熱處理工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。