近日，國內(nèi)由鄭州航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、東莞理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的研究人員組成的科研小組開發(fā)的動(dòng)態(tài)燒結(jié)鍛造法（DSF）制備超強(qiáng)碳化硼B(yǎng)4C陶瓷，其彎曲強(qiáng)度和硬度分別達(dá)到935MPa和39.2GPa，遠(yuǎn)高于此前報(bào)道結(jié)果，是一種有前途的高性能碳化硼陶瓷制備新方法。該成果發(fā)表在歐洲陶瓷學(xué)會(huì)雜志，論文地址：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.02.069

碳化硼(B4C)由于其硬度高、化學(xué)惰性、中子吸收能力和低比重等優(yōu)異性能，是工程陶瓷領(lǐng)域非常理想的材料。然而，由于其共價(jià)性質(zhì)導(dǎo)致超低擴(kuò)散率和高熔點(diǎn)，生產(chǎn)高性能B4C陶瓷一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。過去的研究表明，高性能碳化硼陶瓷只有通過超高溫高壓輔助的技術(shù)來獲得，其致密化機(jī)制以晶界滑動(dòng)或塑性變形主導(dǎo)而非擴(kuò)散。

具體而言，DSF結(jié)合了一種新型的燒結(jié)技術(shù)——熱震蕩壓制(hot oscillatory pressing，HOP)，它類似于熱壓，不同之處在于使用振蕩壓力而不是靜壓。但是，隨著相對(duì)密度的增加，所施加應(yīng)力的剪切分量急劇下降。因此，在燒結(jié)后期，與常規(guī)熱壓類似，HOP的致密化機(jī)制也是擴(kuò)散，振蕩壓力的影響會(huì)大大降低。

值得一提的是研究小組選擇市售蘇州納樸材料科技有限公司平均粒徑為3μm的碳化硼粉體為初始原料，分別制備了熱壓、熱煅、動(dòng)態(tài)熱煅和動(dòng)態(tài)燒結(jié)鍛造法（DSF）四種陶瓷樣品進(jìn)行比對(duì)，DSF法被證明具備最好的效果。研究人員使用先進(jìn)的成像技術(shù)分析了微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該過程在樣品中產(chǎn)生了剪切變形，從而增強(qiáng)了它們的機(jī)械性能。

與其他利用靜壓的壓力輔助技術(shù)不同，DSF采用振蕩壓力，可提高致密化和機(jī)械性能，使其更具成本效益和效率。動(dòng)態(tài)燒結(jié)鍛造的應(yīng)用可以擴(kuò)展到其他陶瓷系統(tǒng)，從而為各個(gè)行業(yè)創(chuàng)造尖端材料。此外，該研究為燒結(jié)鍛造機(jī)制提供了新的見解，可用于優(yōu)化其他材料的加工參數(shù)。

編譯整理 YUXI

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