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超輕含鎂復(fù)合材料面世 可造福汽車輕量化

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2016-01-21
核心提示:(導(dǎo)讀)鎂(Magnesium)在工程學(xué)中具有重要作用和潛能,它被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)金屬材料中能夠承重的最輕金屬,也是地殼中第八大富有元素。不過,另一方面,在強(qiáng)度與硬度方面的表現(xiàn),鎂與其他金屬相比可能略遜一籌。
     但是,近日UCLA的研究人員發(fā)表報(bào)告,聲稱使用鎂與碳化硅納米粒子合成一種新型復(fù)合材料,具有超輕、超強(qiáng)承重能力,可造福航空、汽車、航空等諸多領(lǐng)域,對(duì)于提高能源效率具有重要意義。

UCLA機(jī)械與航空工程學(xué)院教授李曉春博士說:“對(duì)于像鎂一樣的輕型金屬來說,研究人員提出納米粒子可以很容易增加金屬強(qiáng)度,而且不損害其可塑性的觀點(diǎn)。但是,此前從沒有人能夠?qū)⒓{米陶瓷粒子(ceramic nanoparticle)與熔融金屬充分融合,直到現(xiàn)在。”李博士同時(shí)也是整個(gè)研究組的組長。

據(jù)悉,在之前的試驗(yàn)中,研究人員使用了微米(microscale)級(jí)別的陶瓷粒子,但是材料的可塑性大大降低。為克服此問題,研究人員改用了納米(nanoscale)級(jí)別的陶瓷粒子,結(jié)果,鎂金屬強(qiáng)度大大增強(qiáng),可塑性保持不變甚至有時(shí)大大改善。不過,問題也隨之而來,納米粒子往往會(huì)簇成一團(tuán),而不是平均分散在金屬材料之中。

研究人員最大的成果是改善加工工藝,使用碳化硅(silicon carbide,俗稱金剛砂)——一種常用于工業(yè)切削片中的超強(qiáng)硬度陶瓷,來生產(chǎn)該種新型復(fù)合材料。小于100毫微米的碳化硅能夠充分分散于熔融狀態(tài)的鎂鋅合金,而粒子本身的動(dòng)能則能防止它們簇成一團(tuán)。

然后,該材料通過高壓扭轉(zhuǎn)(high-pressure torsion)的方式進(jìn)行壓縮。目前,高壓扭轉(zhuǎn)在金屬加工工藝中非常普遍,壓縮力和扭轉(zhuǎn)變形同時(shí)作用于材料。在過去二十幾年里,因?yàn)榭梢陨a(chǎn)出高強(qiáng)度和晶粒細(xì)化(grain refinement)材料(甚至是納米級(jí)別材料),高壓扭轉(zhuǎn)方式在業(yè)內(nèi)逐漸流行。

最終產(chǎn)出的金屬復(fù)合材料由14%的碳化硅納米粒子和86%的鎂構(gòu)成。新材料在試驗(yàn)過程中,展示出了相關(guān)材料歷史上最高強(qiáng)度水平(斷裂之前可承受的最大重量)以及最優(yōu)硬度重量比。而且,材料還展示出了超強(qiáng)的耐高溫特性。

李曉春博士介紹說:“我們目前的研究結(jié)果僅是新型復(fù)合材料的皮毛,而未來具有革命特性和功能的系列新型金屬復(fù)合材料將不斷涌現(xiàn)。”

目前,該發(fā)明成果已經(jīng)被發(fā)表在《自然雜志》上了。新型復(fù)合材料或?qū)⒈人芰线€要輕,比金屬表現(xiàn)還要好,未來將在汽車、航天、醫(yī)療等方面大展身手。

 

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