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中科院金属所研发出新型仿生金属陶瓷

文章来源：科技日报更新时间：2023-01-31 15:31:05

轻质、高强韧、高阻尼材料对于促进结构减重、保障安全服役，以及提升减振、吸能、降噪等功能具有重要作用，在航空航天、精密仪器等领域具有广泛应用前景。记者1月30日从中国科学院金属研究所获悉，该所科研人员与国内外科研团队合作，发明出一种具有高轻、高强、高阻尼性能的仿生材料——镁-MAX相仿生金属陶瓷。该研究成果近日在《Materials Today》发表并已申请发明专利。

　　由金属和陶瓷组成的复合材料又称为金属陶瓷。金属陶瓷综合了陶瓷和金属的性能优势，并可同步获得轻质、高强韧、高阻尼性能，但现有金属陶瓷大多以强化相分散于连续基体相中，各相三维空间连通性较差。

　　“由于缺乏特定空间构型设计，金属陶瓷难以兼具陶瓷的高强度与金属的高韧性，同时阻尼系数普遍偏低，并且随着强度提升而进一步下降。”中科院金属所科研人员介绍。

　　自然界中的贝壳、骨骼等天然生物材料各组成相在三维空间均能保持连续并且相互贯穿，以此可实现不同性能和优势的高效结合。受这种巧妙结构启发，中科院金属所科研人员选用了兼具金属和陶瓷特性并且与镁界面润湿性良好的MAX相陶瓷作为组元，利用含氧气氛下的可控球磨工艺，将MAX相剥离成亚微米尺度薄片，再利用真空抽滤实现陶瓷薄片的择优定向排列，从而将镁熔体浸渗入部分烧结的多孔陶瓷骨架中，研制出具有超细尺度三维互穿类贝壳结构的新型镁-MAX相仿生金属陶瓷材料。

　　据介绍，新型仿生金属陶瓷材料在密度与铝合金相当的条件下(2.79g·cm-3)，其室温压缩与弯曲强度均超过1GPa，即使在200摄氏度下，其强度依然接近700MPa，均显著高于各组元以及其他镁-陶瓷复合材料，同时获得了超过350MPa/(g·cm-3)的超高比强度，高于绝大多数块状镁及镁合金、陶瓷以及其他金属-陶瓷复合材料。

　　据悉，新型镁-MAX相仿生金属陶瓷表现出超过单一镁组元的优异阻尼性能以及良好的断裂韧性，在承载、减振等方面具有独特优势，有望应用于航空航天、精密仪器等领域，且该仿生设计思路也可为开发新型高性能金属陶瓷材料提供有益启示。

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