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仿生结构陶瓷增韧效果突出 纤维独石陶瓷与层状结构陶瓷是主要产品

2025-03-26 17:37      责任编辑:周圆    来源:www.newsijie.com    点击:
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仿生结构陶瓷增韧效果突出 纤维独石陶瓷与层状结构陶瓷是主要产品

  仿生结构陶瓷,是模仿天然生物材料的结构制备得到的高性能陶瓷,其目的是增强陶瓷韧性。仿生结构陶瓷可以拓宽陶瓷的应用范围,广泛应用在军工、航空航天、机械设备、石油化工等领域。
 
  根据新思界产业研究中心发布的《2025-2030年仿生结构陶瓷行业风险投资态势及投融资策略指引报告》显示,陶瓷具有硬度大、强度高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优点,但具有脆性大的缺点,限制了其应用场景拓宽。引入仿生结构设计理念来增强陶瓷材料的韧性、可靠性,成为陶瓷材料性能提升的重要技术路线之一。仿生结构陶瓷可以模仿竹、木、贝壳、骨骼等天然生物材料的结构特征来改善其脆性,可采用的陶瓷材料包括碳化硅、氮化硅、氮化硼等。
 
  纤维独石仿生结构陶瓷模仿竹、木纤维结构特征,纤维状基体定向分布,基体之间由界面分隔,制成块体结构陶瓷。纤维独石仿生结构陶瓷制备通常先制备纤维状基体前驱体,在其表面涂覆隔离层,经压制、烧结而成,界面分隔层的厚度、各单元大小、结合牢固程度等均会对材料性能造成影响。
 
  纤维独石仿生结构陶瓷已开发的产品有,以碳化硅为基体材料、以石墨为界面材料的SiC/C纤维独石仿生陶瓷材料,以氮化硅为基体材料、以氮化硼为界面材料的Si3N4/BN纤维独石仿生陶瓷材料等,产品的韧性、抗断裂性得到明显提升。
 
  层状结构仿生陶瓷模仿贝壳层状结构,将碳化硅、氮化硅等陶瓷基体制成片状,涂覆石墨、氮化硼等作为界面层,依次叠层到一定厚度,经热压烧结制备得到SiC/C层状结构仿生陶瓷或者Si3N4/BN层状结构仿生陶瓷,可以明显提升材料的强度、断裂韧性、抗冲击性等性能。
 
  模仿贝壳制备得到的层状结构仿生陶瓷研究成果较多,产品断裂韧性得到明显提升,但与天然贝壳相比依然存在不足,因此其技术研究还在不断深入。
 
  新思界行业分析人士表示,2022年3月,中国科学技术大学团队从生物矿物的残余应力增强机制中获得启发,提出了一种新的仿生增韧路径,显著提升了仿珍珠母陶瓷块材的韧性放大效率,相关研究成果发表于《Advanced Materials》;2025年3月,华中科技大学与北京理工大学合作,将墨水直写3D打印技术与冷冻铸造技术相结合,实现了多层级多孔结构陶瓷,表现出优越的力学性能,相关研究成果发表于《极端制造》。
 
关键字: 层状结构陶瓷 仿生结构陶瓷 纤维独石陶瓷