汽車，航空航天和發(fā)電行業(yè)的最新進(jìn)展激發(fā)了材料科學(xué)家設(shè)計創(chuàng)新材料的靈感。陶瓷金屬復(fù)合材料或金屬陶瓷是新型和改進(jìn)型材料的一個例子，可以增強(qiáng)運(yùn)輸和能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。
陶瓷金屬加工結(jié)合了每種主要成分材料的有用特性，如陶瓷的高溫穩(wěn)定性和金屬的可加工性和延展性。然而，只有當(dāng)它們的組成材料在加工過程中不相互反應(yīng)時，金屬陶瓷才有效。
研究人員開發(fā)出一種快速有效的技術(shù)，可以將陶瓷和金屬一起加工成金屬陶瓷，而組成材料之間幾乎沒有反應(yīng)。這一突破為開發(fā)新型優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)。
大多數(shù)陶瓷和金屬加工在高溫下組合時是不穩(wěn)定的，并且已知它們彼此反應(yīng)，使最終的復(fù)合材料具有不希望的性能，例如脆性或耐低溫性。
在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)，這嚴(yán)重限制了可以滿足我們不斷增長的需求的新型復(fù)合材料的數(shù)量。
在多名工程師和技術(shù)專家聯(lián)合下，我們開發(fā)了電流激活壓力輔助滲透（CAPAI）方法，將陶瓷和金屬加工結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定，高性能的復(fù)合材料。
僅用了9秒鐘，CAPAI方法就將陶瓷和金屬加工結(jié)合在一起，在組成材料之間幾乎沒有反應(yīng)。它利用電流立即加熱金屬，并施加壓力將熔融金屬驅(qū)動成陶瓷泡沫。
在這一系列初次的研究中，研究人員選擇鋁作為其重量輕，耐腐蝕性和在汽車和航空航天工業(yè)中的普及，以及鈦碳化鋁陶瓷泡沫的良好斷裂韌性，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，并將它們結(jié)合起來進(jìn)入輕質(zhì)金屬陶瓷，具有高強(qiáng)度和良好的溫度穩(wěn)定性。
工作原理電流和壓力共同提供了同時加熱和壓力，主動驅(qū)動熔融金屬進(jìn)入陶瓷預(yù)制棒，從而快速和可控的加熱速率，高達(dá)700攝氏度，提供了一種簡單有效的方法來避免陶瓷和熔融金屬加工之間的反應(yīng)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，所得到的復(fù)合材重量輕，在環(huán)境（室溫）和高溫下具有競爭力的機(jī)械性能。它在室溫下強(qiáng)10倍，在400攝氏度下比鋁合金強(qiáng)14倍，并且在暴露于高溫后不易發(fā)生嚴(yán)重降解。
鋁和鈦鋁碳化物都對生產(chǎn)所需復(fù)合材料的常規(guī)方法提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈冊谶h(yuǎn)遠(yuǎn)超過復(fù)合材料中它們所需的溫度下相互反應(yīng)，電流激活壓力輔助滲透方法允許加工新型陶瓷 - 金屬復(fù)合材料，否則無法使用粉末冶金和傳統(tǒng)滲透技術(shù)獲得。
我們對新型和先進(jìn)復(fù)合材料在工業(yè)規(guī)模上為經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)制造提供的無限機(jī)會持樂觀態(tài)度。
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