上海交大材料科学与工程学院教授王浩伟领衔的科研团队研制出超强纳米陶瓷铝合金,让铝里“长”出陶瓷,这种新材料不仅轻,强度和刚度甚至超过了“太空金属”钛合金,有望带动航空、汽车、高铁领域步入更轻、更节能的新材料时代。


据了解,超强纳米陶瓷铝合金新材料具备强度和刚度,大致说来,前者是抵抗破坏的能力,后者是抵抗变形的能力。铝很轻,铝合金材料可以使手机、电脑变得更加轻薄便携,但铝的“弱点”也很明显:虽然韧性不错,但太软,易变形、也易断裂。陶瓷是很容易碎的,但陶瓷比钢铁要硬很多。如果把陶瓷的属性掺到铝里,制作出来的材料能否兼具两者优点?


铝里“掺”陶瓷的办法说起来容易,实际做起来没那么简单。目前国际上传统方法是先把陶瓷制成颗粒或纤维,然后用搅拌铸造或粉末冶金的方法混入铝合金中获得铝基复合材料,这种办法能提高材料的强度和刚度,可是又会出现加工成形困难、强度及塑性差和性能不稳定等一系列问题,严重阻碍了这种材料的工程应用。



“用物理方法从外面往铝里掺陶瓷的路走不通,我们就让陶瓷自己从铝里‘长’出来,这样两种材料就能相容了,如果再搞成纳米,就把陶瓷的属性真正加到了铝里面,生成了一种浑然一体的新材料。”王浩伟教授介绍说。


研究人员采用“原位自生技术”,通过熔体控制自生,陶瓷颗粒的尺寸由几十微米降低到纳米级,突破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等应用瓶颈。

 纳米陶瓷铝合金重量轻,且具有高刚度、高强度、抗疲劳、低膨胀、高阻尼、耐高温等特点,即使外来作用力“泰山压顶”也能做到“岿然不动”,可以称得上是四两“扛”千斤。

 “纳米陶瓷铝合金3D打印构件可以达到锻件的性能。我们正加紧合作,助推国产大飞机用上这种具有中国自主知识产权的新材料。”王浩伟教授说。


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2017年08月14日

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