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燕山大学田永君院士等:塑性氮化硼陶瓷的兴起

信息来源:本站 | 发布日期: 2020-08-10 13:27:41 | 浏览量:44

摘要:

燕山大学田永君院士等:塑性氮化硼陶瓷的兴起传统陶瓷材料的刚性结构变形能力非常有限,通常在很小的应变下就发生断裂。具有层状原子结构的陶瓷,原子层间存在较弱的相互作用,因而具有大的变形潜力。近日,燕山大学田永君院士和赵智胜教授等人在Science China Materials…

燕山大学田永君院士等:塑性氮化硼陶瓷的兴起

传统陶瓷材料的刚性结构变形能力非常有限,通常在很小的应变下就发生断裂。具有层状原子结构的陶瓷,原子层间存在较弱的相互作用,因而具有大的变形潜力。

近日,燕山大学田永君院士和赵智胜教授等人在Science China Materials发表研究论文,以氮化硼(BN)为例,研究了该类陶瓷的室温压缩行为。分别以洋葱结构BN纳米颗粒和石墨状六方BN纳米片为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术分别制备了BN-I和BN-II陶瓷材料。
图1 前驱体和SPS陶瓷的SEM图像:(a)oBN纳米粒子;(b)新断裂的BN-I表面;(c)hBN纳米薄片前驱体;(d)新断裂的BN-II表面。
在BN-I中,随机取向的BN纳米薄片构成三维互锁的结构,而在BN-II中,BN纳米薄片表现出垂直于SPS压缩方向的择优取向。BN-I的压缩强度为343 MPa,断裂应变为4.2%。相比之下,BN-II的强度和应变分别为112 MPa和2.2%。不同的微观组织结构导致了BN-I和BN-II压缩性能的差异。此外,这两种陶瓷材料均表现出1.1%的塑性变形。
图2 BN陶瓷的单轴压缩特性。
图3 压缩后BN-I和BN-II断裂表面的SEM图像:(a)BN-I;(b)图(a)中红色区域的放大图;(c)BN-II;(d)图(c)中红色区域的放大图。
该研究表明,对于具有层状原子结构的陶瓷,其纳米片作为结构基元构筑成无(或低)择优取向的三维互锁结构,有望同时提高其强度和变形能力。

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