【用户成果】超强、弹性且耐疲劳的SiC纳米线网络

DOI：10.1111/jace.18263

西安交通大学材料学院王红洁教授团队在期刊《Journal of the American Ceramic Society》上发表了题为“Ultrastrong, elastic, and fatigue-resistant SiC nanowires network”的论文。研究分析了新型层状SiC纳米线网络的超轻、高强、高弹综合性能。

研究背景

高孔隙率陶瓷（HPCs，孔隙率>90%）在航空航天、节能和交通等战略领域需求迫切。由于强度随孔隙率升高急剧下降，同时实现高机械强度与超高孔隙率极具挑战。本研究通过精选材料和优化结构设计，成功制备出一种既具有弹性又具备高强度的陶瓷材料。

研究方法

1. 材料的制备：以柔性SiC纳米气凝胶为基体，通过热压法(1200℃，15MPa，2小时)构建层状结构。

• 高温下L-SiC NN在空气中的原位尺寸变化，使用天津中环的可视化高温形变仪TA-16A进行测试。

2. 微观结构：纳米线通过表面SiO₂壳层相互连接，形成层内交联网络，层间由倾斜纳米线作为“弹簧”连接。

3. 性能表征：

• 高温稳定性：1100℃下保持结构完整。

• 热性能：低热导率（垂直方向0.121 W/m·K），各向异性导热（平行方向高50%），适用于高温隔热。

• 弹性与强度：垂直方向压缩应变20%时完全恢复，应力达5.7 MPa(优于现有弹性陶瓷1-2个数量级); 平行方向杨氏模量高达238 MPa。

• 耐疲劳性：10万次压缩循环后应力保持率88%，永久形变仅2.6%。

研究结果

该研究通过层状结构设计与热压工艺，成功解决了高孔隙率陶瓷的强度-弹性矛盾，为极端环境下的轻量化高性能材料提供了新思路。

可视化高温形变分析仪，光学非接触发测量材料烧结过程膨胀收缩。材料在变温过程中形状、尺寸及物态变化在线实时观测，并通过智能化数据采集与图像处理系统给出直观、准确的数据及图形报告。产品性能与国际同类产品相当，处于国内领先水平。可视化高温形变分析仪用于材料研发与制造，有助于精确制定材料烧结工艺或热处理工艺，提高产品质量，降低生产成本。