貝殼結構的仿生金屬陶瓷問世
時間：2023-02-08 來源：中國科學報
近日，中國科學院金屬研究所研究員劉增乾、張哲峰團隊與國內外科研團隊合作，發明出一種新型鎂-MAX（M代表過渡金屬元素、A代表主族元素、X代表碳或氮）相仿生金屬陶瓷，該材料具有仿生材料優異的輕質、高強韌、高阻尼性能。相關研究成果發表于Materials Today。
據了解，輕質、高強韌、高阻尼材料對于促進結構減重、保障安全服役，以及提升減振、吸能、降噪等功能至關重要，在航空航天、精密儀器等領域具有廣泛應用前景。由金屬和陶瓷組成的復合材料，又稱金屬陶瓷，有望綜合陶瓷和金屬的性能優勢，同步獲得輕質高強韌高阻尼性能。
然而，現有金屬陶瓷大都以強化相分散于連續基體相中，各相三維空間連通性較差，并且往往缺乏特定空間構型設計，難以兼具陶瓷的高強度與金屬的高韌性，同時阻尼系數普遍偏低，并且隨著強度提升而進一步下降。
研究發現，自然界中的貝殼、骨骼等天然生物材料各組成相在三維空間均保持連續并且相互貫穿，以此實現不同性能優勢的高效結合。
受此啟發，金屬所科研人員選用兼具金屬和陶瓷特性并且與鎂界面潤濕性良好的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，進而利用真空抽濾實現陶瓷薄片的擇優定向排列，最后將鎂熔體浸滲入部分燒結的多孔陶瓷骨架中，研制了具有超細尺度三維互穿類貝殼結構的新型鎂-MAX相仿生金屬陶瓷材料，該仿生設計思路也可為開發新型高性能金屬陶瓷材料提供有益啟示。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.07.044
