西工大新聞網8月18日電（記者 王凡華）在日常生活當中，陶瓷我們非常熟悉，幾乎每天都會用到。但是，什么是層狀陶瓷？記者瞬間就“懵圈”了……此次，成來飛教授所在團隊申請獲批的項目《新型層狀結構陶瓷的制備與應用基礎》，讓我們還是從這項2016年度國家自然科學基金重點項目的源頭，慢慢說起。

    根據強韌化方法不同，陶瓷材料發展了復相陶瓷、纖維增韌陶瓷基復合材料以及層狀陶瓷等三大體系。其中，復相陶瓷具有高強度和高比例極限應力，但韌性提高有限，適用于高應力小尺寸簡單零件。纖維增韌陶瓷基復合材料從根本上解決了脆性問題，已經在航空航天領域獲得廣泛應用，但是纖維/基體弱界面產生的非線性力學行為導致其比例極限應力低，適用于中等應力大尺寸復雜構件。層狀陶瓷的強度和韌性介于復相陶瓷和纖維增韌陶瓷基復合材料之間，并且具有良好的線性力學行為，適用于高應力小尺寸復雜零件。

    層狀陶瓷是近年來發展迅速的陶瓷增強增韌新技術。它模擬自然界某些生物材料，如珍珠、貝殼的復合結構，在脆性的陶瓷材料中加入軟質的耐高溫材料，以達到增強增韌的目的。因此，也是一種仿生材料。

    近年來國內外許多學者開展了層狀陶瓷材料的研究工作，有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等3種體系層狀陶瓷，其研究重點主要在于力學性能的改善，尤其是如何提高陶瓷材料的斷裂韌性上。

    成來飛教授所在超高溫結構復合材料重點實驗室是國家級重點實驗室，專門從事陶瓷基復合材料研究，被國際同行評價為不僅在中國而且在國際上也居先進水平，已建立國內唯一的陶瓷基復合材料工程化中心，使中國成為國際上能夠批量制造碳化硅陶瓷基復合材料構件的三個國家之一，并建立了國內唯一的陶瓷基復合材料產業化公司（西安鑫垚陶瓷復材有限公司），正在建設陶瓷基復合材料制造技術國家工程研究中心，部分陶瓷基復合材料產品已實現工程應用。

    而碳化硅陶瓷基復合材料被形象地描述為“摔不爛、打不碎”的陶瓷，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和較低的密度和熱膨脹等優異性能，已經在航空航天、能源、機械、汽車、冶金等領域，獲得了廣泛的應用。

    成來飛教授所在團隊已經實現了纖維增韌陶瓷基復合材料的工程化和產業化，承擔著我國多種陶瓷基復合材料構件的研制任務，包括高推比航空發動機、高性能航天發動機、空天飛行器熱防護系統、飛機和地面交通剎車制動系統、核能電站、燃氣電站、深空探測器等領域，部分已經小批量生產并裝備應用。

    纖維增韌陶瓷基復合材料發展的技術前沿之一是實現與復相陶瓷和層狀陶瓷之間的復合，以滿足復雜苛刻的結構性能要求。發展層狀陶瓷不僅能擴大纖維增韌陶瓷基復合材料的應用領域，而且能完善超高溫結構材料體系。

    所以，層狀陶瓷發展的技術前沿之一是通過獨特的層內和層間結構設計，在賦予層狀陶瓷優異結構性能的同時，賦予其某種獨特的功能特性。同時，發展層狀陶瓷不僅能實現性能可設計，而且能實現結構功能一體。

    目前，層狀陶瓷的主要研究方向是根據不同應用領域的性能要求發展不同的材料體系，該項目研究的新型層狀結構陶瓷就是結構功能一體化層狀陶瓷。成來飛教授所在團隊，提出了五種層狀陶瓷材料體系。

    據項目研究團隊成員、材料學院副教授范尚武介紹，各類層狀陶瓷的結構非常復雜，且彼此的差別很大。因此，層狀陶瓷材料需要解決的三個關鍵科學問題，分別是結構設計、增材制造方法、界面作用機理等。

    而區別以往，更具有一般意義的是，該項目將層狀結構作為一種介于高維和低維材料之間的普適材料結構，而不是一種材料強韌化手段。作為一種結構，在微納尺度、細觀尺度和介觀尺度設計和制備層狀材料，將賦予材料更多樣的性能，而層狀陶瓷的研究將為層狀材料的研究打開一扇新的窗戶。

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責任編輯：王元

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