有望实现广泛用途的自愈陶瓷

新技术 2018年04月09日
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2017年12月,迅速对龟裂等损伤进行自我修复的陶瓷被开发问世。

有一种原材料,如果部件等出现龟裂,该处就会发生化学反应,并自行修复损伤。2017年12月,设想用于航空器发动机的新自愈陶瓷面世了。这种新原材料是在国立研究开发法人科学技术振兴机构的前沿低碳化技术开发的研究项目中,由参与原材料研究的国立大学法人横滨国立大学(以下简称YNU)与国立研究开发法人物质和材料研究机构共同开发出来的。

 “1995年,YNU的研究小组发现了自愈陶瓷。原本,原材料的自我修复现象从几十年前就已被人注意到,但当时自愈构造还存在许多尚未弄清的地方,研究者大多忽视这种现象。并且,仅限于1200℃左右的温度范围,才会出现治愈现象,因此我们在摸索中开始进行研究开发。” YNU大学院工学研究院的中尾航教授谈道。

进入21世纪,正式开始将自愈陶瓷运用于产品的研究,目前自愈材料的研究存在于高分子材料和混凝土等各种领域。

中尾航教授接着谈道:“自愈材料,简单说来,就好像是把我们人类进行的新陈代谢功能埋入人工原材料。若陶瓷出现龟裂,氧气将进入其中,于是诱发氧化反应,最终由于反应热和氧化物生成造成的体积膨胀,使裂面再次接合起来。这种现象与骨折的治愈过程非常相似,即最初出现炎症和发热现象,然后从修复期进入改变期,骨头回复原状。在自愈陶瓷的开发中,促进人体新陈代谢的体液网是一个很重要的启示,如何将陶瓷埋入自愈材料是开发的关键。”

  开发出的新自愈陶瓷,如温度上升到相当于喷气式发动机的排气温度1000℃时,最快1分钟即可让损伤痊愈。与现有的原材料修复需要1000小时相比较,是个非常大的进步。目前,航空器发动机的涡轮翼使用合金制的部件,如果更换为较轻的耐热陶瓷部件,可减少15%左右的耗油量,因此这种新原材料得到了全世界的巨大关注。

中尾航教授谈道:“如果是航空器用部件,必须符合很多国际规格和国际认证的要求。我们考虑实用化的大致时间表是在2030年以后,搭载到第一辆国产喷气式发动机是我们的目标。”

 本次开发出的自愈陶瓷,从400℃左右的温度范围开始发挥自愈能力,因此也被认为可用于航空器以外的各种产业。

“轻巧耐热的陶瓷可用于各种用途。本次开发出的自愈陶瓷还可应用于汽车的发动机部件和电气产品的接点和表面涂层材等,如果能够用在人工卫星等不便维护的部件,应该会发挥更大的效果。” 中尾航教授谈道。

  自愈陶瓷最大的好处是部件类的长寿化和免维护,而中尾教授的研究小组进一步研究了其可能性。

中尾航教授谈道:“若能管理部件的损坏形式,提供自我修复性,就能够制造出重复自愈,强度和功能更加强大的原材料。这与骨折之处的骨头比受伤前更结实的道理一样,与日本的传统漆器和木造建筑等,越使用,强度更高,感觉越好,也是同样道理。”

日本的陶瓷烧制技术走在世界的前列。我们期待通过追求自愈陶瓷技术的极致,提高更加安全和安心的可能性。

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By TAKASHI SASAKI/All figures: Courtesy of Self-Healing Materials Group, YNU


本文转载自Highlighting JAPAN(聚焦日本)[网址]
原文(日语)

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