【行业动态】陶瓷能够“自我修复”了：MAX相陶瓷在室温下也能让裂纹“自愈”

陶瓷对热和极端环境具有弹性，但它们易碎且容易破裂。最近，德克萨斯 A&M 大学的研究人员在一种称为 MAX 相的陶瓷中发现了一种自修复的功能。

他们已经证明，这些工程陶瓷在加载过程中会形成自然断层或扭结带，不仅可以有效阻止裂纹的生长，还可以关闭和修复裂纹，从而防止灾难性故障。

研究人员在将碳化铬铝样品装入扫描电子显微镜之前对其进行了观察

“MAX 相真正令人兴奋的是，它们在负载下很容易形成扭结带，即使在室温下也能自愈裂缝，使其适用于各种高级结构应用，”研究人员说：“到目前为止，陶瓷裂纹的自修复只能在非常高的温度下通过氧化实现，这就是为什么通过扭结带形成在室温下自修复裂纹是显着的。”

MAX 相的这种非凡行为可以追溯到它们的原子层状结构。

“想象一下一条普通的面包，它是同质的，所以如果我把它切成薄片，每一片看起来都一样——在理念上类似于传统的陶瓷，”该研究的通讯作者说:“但 MAX 阶段的分层就像两片面包之间夹有花生酱的花生酱三明治。”

研究人员随后调查了 MAX 相的这种独特的层状结构是否使它们与传统陶瓷有任何不同。在他们的实验中，他们使用了合成的铬碳化铝 MAX 相的单晶样品，并使用内部设计的测试夹具将它们装入电子显微镜。

当研究人员在施加载荷的同时在电子显微镜中观察变形样品时，他们观察到材料中形成了类似扭结带的缺陷，类似于天然岩石中形成的缺陷。更有趣的是，他们发现扭结带内的材料在加载过程中旋转，这不仅形成了裂纹扩展的屏障，而且最终会关闭和愈合裂纹。因此，样品不再容易受到灾难性故障的影响。

“真正令人兴奋的是，这种扭结或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，”该研究的主要作者说。

目前的发现是，材料对高温和极端环境（如 MAX 相）具有弹性，以及在使用过程中可能形成的自我修复裂缝，可以推动许多下一代技术的发展，例如高效喷气发动机、高超音速飞行和更安全的核反应堆. 研究人员在当前的研究中还指出，扭结带诱导的裂纹自愈很可能不是 MAX 相所独有的，并且可以扩展到具有类似原子层状结构的其他材料。

“这项研究证明了科学过程的偶然性，”相关人员说:“我们已经有了自愈软材料和聚合物复合材料，现在，引人注目的是陶瓷。”

文章来源：贤集网

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