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超轻含镁复合材料面世 可造福汽车轻量化

时间:2015-12-31 11:27:04 来源:中国纺织网 点击量:37
据科技网站Gizmag报道,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员近日研发了一种新型超轻复合材料,该材料由镁、纳米陶瓷粒子、碳化硅纳米粒子合成,具有优良的承重能力,对今后汽车轻量化发展具有重要意义。

  镁(Magnesium)在工程学中具有重要作用和潜能,它被认为是结构金属材料中能够承重的最轻金属,也是地壳中第八大富有元素。不过,另一方面,在强度与硬度方面的表现,镁与其他金属相比可能略逊一筹。

  但是,近日UCLA的研究人员发表报告,声称使用镁与碳化硅纳米粒子合成一种新型复合材料,具有超轻、超强承重能力,可造福航空、汽车、航空等诸多领域,对于提高能源效率具有重要意义。

  UCLA机械与航空工程学院教授李晓春博士说:“对于像镁一样的轻型金属来说,研究人员提出纳米粒子可以很容易增加金属强度,而且不损害其可塑性的观点。但是,此前从没有人能够将纳米陶瓷粒子(ceramicnanoparticle)与熔融金属充分融合,直到现在。”李博士同时也是整个研究组的组长。

  据悉,在之前的试验中,研究人员使用了微米(microscale)级别的陶瓷粒子,但是材料的可塑性大大降低。为克服此问题,研究人员改用了纳米(nanoscale)级别的陶瓷粒子,结果,镁金属强度大大增强,可塑性保持不变甚至有时大大改善。不过,问题也随之而来,纳米粒子往往会簇成一团,而不是平均分散在金属材料之中。

  研究人员最大的成果是改善加工工艺,使用碳化硅(siliconcarbide,俗称金刚砂)——一种常用于工业切削片中的超强硬度陶瓷,来生产该种新型复合材料。小于100毫微米的碳化硅能够充分分散于熔融状态的镁锌合金,而粒子本身的动能则能防止它们簇成一团。

  然后,该材料通过高压扭转(high-pressuretorsion)的方式进行压缩。目前,高压扭转在金属加工工艺中非常普遍,压缩力和扭转变形同时作用于材料。在过去二十几年里,因为可以生产出高强度和晶粒细化(grainrefinement)材料(甚至是纳米级别材料),高压扭转方式在业内逐渐流行。

  最终产出的金属复合材料由14%的碳化硅纳米粒子和86%的镁构成。新材料在试验过程中,展示出了相关材料历史上最高强度水平(断裂之前可承受的最大重量)以及最优硬度重量比。而且,材料还展示出了超强的耐高温特性。

  李晓春博士介绍说:“我们目前的研究结果仅是新型复合材料的皮毛,而未来具有革命特性和功能的系列新型金属复合材料将不断涌现。”

  目前,该发明成果已经被发表在《自然杂志》上了。新型复合材料或将比塑料还要轻,比金属表现还要好,未来将在汽车、航天、医疗等方面大展身手。

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