陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）是一種可以綜合多種材料優(yōu)勢(shì)的新型材料，常用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和鎳高溫合金刀具，因此長(zhǎng)期受到科學(xué)家青睞。在這其中，氧化鋁（Al₂O₃）和碳化鎢（WC）是一對(duì)很受關(guān)注的組合，前者堅(jiān)硬且化學(xué)惰性，后者可用作超硬材料，但令人遺憾的是，至今還沒(méi)人能過(guò)制備出性能滿意的Al₂O₃-WC CMC。

最近，來(lái)自日本，由名古屋大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)、與NGK火花塞株式會(huì)社合作進(jìn)行研究的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，他們在制造Al₂O₃-WC-CMC的過(guò)程中加入了少量的二氧化鋯（ZrO₂），最終產(chǎn)生了彎曲強(qiáng)度大于2千兆帕斯卡的“超硬”Al₂O₃-WC-CMC。正如首席研究員Nishi博士和Matsunaga博士所說(shuō)：“這是該領(lǐng)域的歷史最高水平”。

當(dāng)研究人員使用原子分辨掃描透射電子顯微鏡研究其超硬ZrO2增強(qiáng)Al₂O₃-WC-cmc的結(jié)構(gòu)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)Zr原子位于Al₂O₃和WC片之間的薄層中。Nishi博士和Matsunaga博士指出，“Al₂O₃和WC之間的界面一般就是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)方面的薄弱之處。”后來(lái)研究人員使用一種稱為密度泛函理論的數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域的技術(shù)來(lái)模擬鋯原子的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)正是這些處于界面層的鋯原子增強(qiáng)了CMC的穩(wěn)定性。

在評(píng)論其潛在應(yīng)用時(shí)，Matsunaga博士說(shuō)：“我們開發(fā)的材料可作為超硬材料用于金屬加工設(shè)備，切割飛機(jī)和汽車上使用的硬質(zhì)金屬部件。”事實(shí)上，他們注意到NGK火花塞有限公司的工程師已經(jīng)開始在商業(yè)化切割工具中投入使用這些材料。

資料來(lái)源：名古屋大學(xué)

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