超韧陶瓷,是一类解决了脆性大问题,韧性大幅提升,抗冲击、承载能力大幅提高的陶瓷材料。
韧性是材料受外力作用时在塑性变形过程中吸收能量的能力,韧性越好则脆性断裂的可能性越低。陶瓷具有质量轻、强度高、硬度高、耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优点,是一种重要的无机材料,但脆性大、韧性差,受冲击易破碎,限制了其应用领域的进一步拓展。因此超韧陶瓷被开发问世。
超韧陶瓷制备可采用的工艺技术主要有添加纳米增韧相、添加纤维增强体、利用微纳晶技术等。添加纳米增韧相是在陶瓷基体中加入机械性能优异的第二相材料来提高陶瓷韧性;添加纤维增强体是加入强度高、延展性好的纤维材料来改善陶瓷韧性;微纳晶技术是在陶瓷基体中引入纳米颗粒,改善材料内部微结构,从而增强陶瓷变形能力。
根据新思界产业研究中心发布的
《2024-2029年中国超韧陶瓷行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,超韧陶瓷下游可应用范围广泛。从工业方面来看,超韧陶瓷可用来制造消费电子产品外壳、发动机、精密仪器、切削工具、工业设备等,例如可替代金属材料用来制造发动机,产品具有质量轻、热效率高的优点,能够满足节能减排要求;从医疗方面来看,超韧陶瓷可用来制造人工骨、人工关节等植入性医疗器械。
从航天、军工方面来看,超韧陶瓷可制造防弹装置、航天器高温防护外壳等,例如航天器返回地球高速前进时,会与大气层摩擦产生高温,在其表面贴装超韧陶瓷,可起到隔热、防护作用;从消费方面来看,超韧陶瓷可用来制造菜刀、剪刀、螺丝刀等家用工具,具有不卷刃、不生锈的优点,还可以用于建材领域。
我国超韧陶瓷相关研究成果不断增多。2019年,北京航空航天大学团队在非晶氧化锆陶瓷基体中成功引入超细纳米晶,获得当时最强、最韧的氧化锆陶瓷材料。2021年,清华大学、新兴远建(天津)新材料科技有限公司公开了“一种仿珍珠母层状高强超韧陶瓷的制备方法”发明专利,所制备的仿生层状陶瓷材料具有高强度、高韧性和多元复合结构的特点。
新思界
行业分析人士表示,我国政策对超韧陶瓷技术发展也极为重视。2023年,中国建筑材料联合会发布第三批全国建材行业重大科技攻关“揭榜挂帅”项目榜单,多场耦合条件下超韧陶瓷设计与制备关键技术研究被列入其中,武汉理工大学为揭榜单位。总的来看,超韧陶瓷市场发展空间大,我国技术研究正在不断深入,行业发展前景广阔。