Materials Today丨北科大呂昭平：新一代輕質(zhì)高溫材料，兼具超強塑性與高溫性能！
2024-12-23 11:38:35
作者：材料設(shè)計 來源：材料設(shè)計
分享至：
通式為M???AX?（n = 1、2、3）的MAX相，其中M為前過渡金屬，A為A族元素，X為碳或氮，是一類具有納米層狀六方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，其兼具類陶瓷性能（例如，高熔點、高剛度、低密度以及高耐腐蝕性和抗氧化性）和類金屬特性（例如，高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性、抗熱震性、出色的抗損傷能力以及優(yōu)良的可加工性）。
這些獨特的性能使其在涉及極端惡劣環(huán)境的應(yīng)用中頗具前景，未來有望用作核燃料包殼材料，以及在強酸、強堿和高溫條件下運行的軸承、渦輪葉片和主軸等。過去幾十年里，科研人員在MAX相陶瓷的設(shè)計與合成方面投入了大量精力，盡管已經(jīng)取得了諸多進展，但MAX相陶瓷的廣泛結(jié)構(gòu)應(yīng)用仍然難以實現(xiàn)，這主要是由于其為此，北京科技大學呂昭平課題組借鑒金屬領(lǐng)域的高熵概念，將局部化學波動（LCFs）引入到MAX相的原子堆積層中，利用Zr、Nb和Ta替代了Ti?AlC這一MAX相模型中的Ti元素，成功研制出一種高熵MAX相(TiZr?.?NbTa)?AlC，同時保留了其晶格結(jié)構(gòu)。這種新型MAX相中增強的局部化學波動產(chǎn)生了強烈的晶格應(yīng)變，增加了位錯滑移的阻力，進而使其在1473K（1200℃）的高溫下也能具備超過500MPa的高壓縮屈服強度。此外，LCF還促使變形過程中發(fā)生交滑移和層錯，有效緩解了應(yīng)變局部化，促進了均勻變形，最終提高了室溫和高溫下的塑性。本項工作不僅有助于深入理解MAX相的一般變形機制，還為改善其力學性能提供了一條有價值的途徑，使其有望成為極具競爭力的下一代輕質(zhì)高溫材料。
點擊文末左下方【閱讀原文】直達文章
相關(guān)成果以「High-entropy MAX phase with ultrahigh strength and large plasticity mediated by local chemical fluctuations」為題刊登在Materials Today上。
圖1. 高熵MAX（HE-MAX）的室溫力學性能。
圖2. HE-MAX的高溫力學性能。
圖3. 所制備HE-MAX的微觀結(jié)構(gòu)。圖5. 變形HE-MAX相樣品的TEM分析，展示了298K和1473K下變形所產(chǎn)生缺陷的特征。圖6. LCF對HE-MAX中位錯滑移和廣義層錯能（GSFE）的影響。總之，我們設(shè)計并制備出了一種高熵MAX相，其在室溫和高溫下均展現(xiàn)出高強度和增強的塑性。分析表明，高熵MAX相具有以LCF為特征的獨特原子結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的晶格應(yīng)變，因而對位錯運動有很強的抵抗力，最終即便在超高溫度下也能產(chǎn)生較高的宏觀強度。同時，LCF有效促進了交滑移，從而有利于位錯間的相互作用并增強了位錯增殖。此外，LCF促進了層錯的形成，尤其在高溫下更是如此，進而阻礙了位錯運動并協(xié)調(diào)了c軸方向的應(yīng)變。由LCF引發(fā)的多種微觀變形機制有效地緩解了應(yīng)變局部化，并使得在298K（室溫）和1473K（高溫）下的塑性得以增強。當前這項研究證實了"高熵"概念可應(yīng)用于MAX相，這改變了其變形機制，并為設(shè)計和優(yōu)化高性能MAX相材料提供了寶貴思路。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.08.004
免責聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。
