自散纳米陶瓷颗粒强化玻璃


发布时间:2019-09-11 浏览量 46 views

玻璃是重要的无机非金属材料,因其优良的光学性能、力学性能、化学稳定性等,广泛应用在建筑、日用、艺术、化学、电子、仪表等领域。然而,由于玻璃本身的脆性,依然限制其应用。现如今有很多增强的方法,例如热强化、化学强化、涂层强化等,但是力学性能仍然有待提高。
      近些年来,纳米陶瓷颗粒强化金属一直是研究热点。通过均匀分散的纳米颗粒能大幅度提高金属复合材料的强度,甚至接近其理论强度。在陶瓷领域,纳米颗粒强化陶瓷复合材料也是研究多年。然而,遇到一个难以解决的共性问题就是如何将纳米颗粒均匀分散在金属或者陶瓷基体中。传统的分散方法,例如球磨、超声、高速剪切等,对纳米颗粒的分散效果都很有限,难以做到稳定的均匀分布。因此,大大降低了强化效果以及可靠性。
      加州大学洛杉矶分校的李晓春教授(点击查看介绍)提出纳米陶瓷颗粒在金属熔体中的自散理论,为纳米颗粒强化金属提供了新的方法。同时,也启发了其在玻璃熔体中的应用。液态玻璃(堇青石+氧化硼)对陶瓷纳米颗粒(碳化硅)有非常好的润湿性。通过高温熔融的方法,使碳化硅纳米颗粒在玻璃熔体中自散,并获得稳定的均匀分布。高含量的纳米陶瓷颗粒强化玻璃具有非常好的力学性能,均匀分散的纳米颗粒能抑制裂纹的扩展,促使裂纹偏转、增殖,从而获得稳定的裂纹扩展过程,大幅度提高玻璃的力学性能。实验结果表明:纳米颗粒(30vol%碳化硅)强化玻璃韧性达到6.66 MPa m1/2,形变率达到6.1%,强度达到E/14(E为弹性模量),接近理论强度E/10。
       自散型纳米颗粒强化理论将为玻璃陶瓷的制备提供新的思路,很可能解决陶瓷材料的脆性问题,改变脆性材料的灾难性断裂过程。这将大幅度拓展陶瓷材料在工业体系中的应用。也许高强度、高韧性、高硬度的陶瓷钢或者说玻璃钢很可能会出现。
 


 

这一成果发表在Advanced Materials,第一作者是广东工业大学蒋强国博士和加州大学洛杉矶分校的曹车正博士。
原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901803):

Strong and Tough Glass with Self-Dispersed Nanoparticles via Solidification
Qiang-Guo Jiang, Chezheng Cao, Ting-Chiang Lin, Shanghua Wu and Xiaochun Li
Adv. Mater., 2019, 31, 1901803, DOI: 10.1002/adma.201901803


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        文章来源: 材料与测试,于 2019-09-11,由 找我测 编辑发表 。

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