中科院金屬所制備出輕質(zhì)高強(qiáng)韌高阻尼鎂-Max相仿生金屬陶瓷

金屬和陶瓷是工程應(yīng)用最廣泛的兩類結(jié)構(gòu)材料，然而其絕對(duì)強(qiáng)度、剛度以及斷裂韌性偏低，一定程度上限制了它們的廣泛應(yīng)用。

由金屬和陶瓷組成的復(fù)合材料，又稱金屬陶瓷，有望綜合兩相的性能優(yōu)勢(shì)，同步獲得輕質(zhì)高強(qiáng)韌高阻尼性能。近日，中國科學(xué)院金屬研究所材料使役行為研究部仿生材料設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與輕質(zhì)高強(qiáng)材料研究部及國內(nèi)外科研人員合作，選用兼具金屬和陶瓷特性并且與鎂界面潤(rùn)濕性良好的Max 相陶瓷作為組元，利用含氧氣氛下的可控球磨工藝將Max 相剝離成亞微米尺度薄片，進(jìn)而利用真空抽濾實(shí)現(xiàn)陶瓷薄片的擇優(yōu)定向排列，最后將鎂熔體浸滲入部分燒結(jié)的多孔陶瓷骨架中，研制了具有超細(xì)尺度三維互穿類貝殼結(jié)構(gòu)的新型鎂-Max 相仿生金屬陶瓷材料。該仿生金屬陶瓷材料具有以下特點(diǎn)：（1）仿生空間構(gòu)型。Max 相薄片擇優(yōu)定向排列，鎂填充薄片之間的空隙，有助于減弱裂紋尖端的有效應(yīng)力強(qiáng)度水平，從而起到有效的增韌作用。（2）兩相三維互穿。連續(xù)的鎂有助于保留其高阻尼性能，連續(xù)的Max 相有助于獲得高強(qiáng)化效率，減輕應(yīng)力集中，延緩因各單一相或兩相界面損傷導(dǎo)致整體過早斷裂。（3）超細(xì)結(jié)構(gòu)尺度。鎂和Max相的特征尺寸均在亞微米到納米范圍，充分發(fā)揮陶瓷組元的強(qiáng)化作用，并且獲得高密度的兩相界面，通過促進(jìn)位錯(cuò)在界面處形成與可逆運(yùn)動(dòng)提高阻尼性能。

新型鎂-Max 相仿生金屬陶瓷在承載、減振等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，有望應(yīng)用于航空航天、精密儀器等領(lǐng)域，該仿生設(shè)計(jì)思路也可為開發(fā)新型高性能金屬陶瓷材料提供有益啟示。