多孔陶瓷在各个领域具有巨大的应用潜力。然而，孔隙和强度之间的矛盾极大地阻碍了它们的应用。
近日，西北工业大学苏海军教授提出了一种制备超高强度Al2O3/Y3Al5O12(YAG)/ZrO2多孔共晶陶瓷的定向凝固工艺，该工艺采用一步定向凝固代替烧结来构建骨架基体。
文章要点
1）三元共晶相的快速耦合定向生长形成了纳米结构的高致密骨架，显著减小了缺陷尺寸c，获得了1.79 Gpa的超高σ0，是烧结法致密氧化铝的3倍多。此外，在莲藕的启发下，多孔共晶陶瓷内部定向排列的圆柱孔的形成是由原位成孔机制所指导。孔壁光滑连续，很好地控制了应力集中，与烧结多孔氧化铝和氧化锆相比，B值降低了一半。
2）研究人员首次采用一种新的方法，在优化孔特征的同时，显著增强了孔骨架。孔隙率为34%的热压陶瓷常温抗折强度为497 Mpa，高于相同成分致密热压陶瓷的抗折强度。此外，由于存在共晶层状结构和共格/半粘着相界面，当温度升高到1773 K时，强度仍能保持在324 MPa。
这项研究展示了定向凝固技术在高效制备高纯超高强度多孔陶瓷中的有趣应用。此外，这一发现将为了解多孔陶瓷的强度打开一扇窗。
参考文献
Di Zhao, et al, Ultrahigh-Strength Porous Ceramic Composites via a Simple Directional Solidification Proces, Nano Lett., 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00116
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00116
