中国粉体网讯  陶瓷材料有多棒，我想不用小编多说，大家都懂。美中不足的就是它的脆性大，容易产生裂纹，影响陶瓷材料零件的使用稳定性，降低陶瓷零件的可靠性和安全性，鉴于此，改善其韧性是一个好办法。但如果当陶瓷内部裂纹出现的时候，实现裂纹处的自愈合，使其恢复如初，那是不是在一定程度上让陶瓷实现了“长生不老”呢？

在前不久，德克萨斯农工大学在内多所机构联合发现了在某种类型的陶瓷中的未知的自我修复机制。据了解，在这项新研究中，研究人员发现，一种特殊类型的陶瓷--碳化铬铝，可以减缓裂纹的传播，甚至可以治愈它们。

早在2018年，日本国立材料研究所和横浜国立大学组成的研究小组（NIMS-YNU研究小组）曾在晶粒边界处添加了一种愈合活化剂，使得陶瓷能够在飞机发动机高达1000°C的工作温度下，在短短一分钟内将裂缝完全愈合。

裂纹愈合过程

有时由于物质的扩散或反应物的填充，压痕中心的菱形区域也会逐渐变浅，甚至完全被填满，如Si₃N₄、SiC陶瓷裂纹愈合过程中生成SiO₂促使菱形区域最终完全被填满。

自愈合陶瓷材料

其实，在科研界，很久之前就有了关于陶瓷材料的自愈合的研究。在20世纪70年代，一些材料的自愈合性能相继被发现，例如ZnO、Al₂O₃、UO₂和MgO等列。此后，SiC、Si₃N₄、Si₃N₄/SiC、Al₂O₃／SiC等材料陆续被发现具有裂纹自愈合能力。

1、Al₂O₃基陶瓷

国内外众多学者已对Al₂O₃基陶瓷刀具材料进行了大量研究。Ando等人研究了在1300°Ｃ愈合1ｈ条件下不同裂纹尺寸的Al₂O₃- SiC陶瓷试样抗弯强度的变化。其研究发现裂纹尺寸小于200μm的试样能够实现抗弯强度的完全恢复。Al₂O₃- SiC纳米复合陶瓷能愈合长度不超过250nm、深度不超过100μm裂纹。在1273－1773K温度下，Al₂O₃- SiC复合陶瓷在氧气分压大于50Pa时，陶瓷裂纹试样的强度得到完全恢复。

2、Si₃N₄基陶瓷

Koji Takahashi等人对不同愈合温度条件下Si₃N₄/SiC陶瓷材料的裂纹自愈合现象进行了研究，发现愈合处理后Si₃N₄/SiC陶瓷材料具有较高的抗弯强度和静态疲劳强度。

3、金属陶瓷及其他陶瓷材料

Jia Lin等人研究发现ZrO₂纤维和SiC晶须增韧ZrB₂基陶瓷在1200°Ｃ时呈现出最佳的裂纹愈合行为，试样表面裂纹由ZrO₂和SiO₂填充，在最佳愈合条件下愈合后试样强度比抛光试样的强度高95MPa。另有研究者等人发现TiB₂/SiC多孔陶瓷的裂纹自愈合机理是氧化反应生成B₂O₃和SiO₂玻璃相来填充裂纹，愈合后多孔陶瓷材料的抗弯强度得到了一定恢复。

结束语

近年来，许多研究者们发现MAX相陶瓷能够在相对较低的热处理温度条件下实现裂纹的自愈合，M_n+1AX_n相陶瓷是一种三元层状结构且具有较好裂纹愈合能力的陶瓷材料。

据了解，此次德克萨斯农工大学等机构研究所涉及的正是MAX陶瓷，它们是由交替的材料层组成的。这种结构使它们具有愈合能力，其背后的机制也在地质学中发挥作用。当裂缝开始时，在不同的层之间会形成称为“扭结带”的缺陷。在压力作用下，“扭结带”中的晶体会旋转，这有助于阻止裂缝进一步扩散。更妙的是，这些旋转的晶体还能主动愈合裂缝，因此一旦材料上的力被解除，它们就几乎无法被察觉。

更令人感到神奇的是，与以往的研究不同，此次研究的陶瓷自愈合过程是在室温下完成的，而且此自愈机制可以一遍又一遍地关闭新形成的裂缝，从而延迟材料的失效。

参考来源：

[1]研究人员在某种类型的陶瓷中发现一种以前未知的自我修复机制.cnBeta

[2]自愈陶瓷最新研究突破：可在一分钟内将裂纹完全愈合！.材料科技在线

[3]杨道媛.陶瓷材料裂纹愈合研究进展

[4]李明爽.裂纹自愈合陶瓷刀具的研制

（中国粉体网编辑整理/山川）

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