據(jù)科技網(wǎng)站Gizmag報(bào)道，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的研究人員近日研發(fā)了一種新型超輕復(fù)合材料，該材料由鎂、納米陶瓷粒子、碳化硅納米粒子合成，具有優(yōu)良的承重能力，對(duì)今后汽車輕量化發(fā)展具有重要意義。
鎂（Magnesium）在工程學(xué)中具有重要作用和潛能，它被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)金屬材料中能夠承重的最輕金屬，也是地殼中第八大富有元素。不過，另一方面，在強(qiáng)度與硬度方面的表現(xiàn)，鎂與其他金屬相比可能略遜一籌。
但是，近日UCLA的研究人員發(fā)表報(bào)告，聲稱使用鎂與碳化硅納米粒子合成一種新型復(fù)合材料，具有超輕、超強(qiáng)承重能力，可造福航空、汽車、航空等諸多領(lǐng)域，對(duì)于提高能源效率具有重要意義。
UCLA機(jī)械與航空工程學(xué)院教授李曉春博士說(shuō)：“對(duì)于像鎂一樣的輕型金屬來(lái)說(shuō)，研究人員提出納米粒子可以很容易增加金屬?gòu)?qiáng)度，而且不損害其可塑性的觀點(diǎn)。但是，此前從沒有人能夠?qū)⒓{米陶瓷粒子（ceramicnanoparticle）與熔融金屬充分融合，直到現(xiàn)在。”李博士同時(shí)也是整個(gè)研究組的組長(zhǎng)。
據(jù)悉，在之前的試驗(yàn)中，研究人員使用了微米（microscale）級(jí)別的陶瓷粒子，但是材料的可塑性大大降低。為克服此問題，研究人員改用了納米（nanoscale）級(jí)別的陶瓷粒子，結(jié)果，鎂金屬?gòu)?qiáng)度大大增強(qiáng)，可塑性保持不變甚至有時(shí)大大改善。不過，問題也隨之而來(lái)，納米粒子往往會(huì)簇成一團(tuán)，而不是平均分散在金屬材料之中。
研究人員最大的成果是改善加工工藝，使用碳化硅（siliconcarbide，俗稱金剛砂）——一種常用于工業(yè)切削片中的超強(qiáng)硬度陶瓷，來(lái)生產(chǎn)該種新型復(fù)合材料。小于100毫微米的碳化硅能夠充分分散于熔融狀態(tài)的鎂鋅合金，而粒子本身的動(dòng)能則能防止它們簇成一團(tuán)。
然后，該材料通過高壓扭轉(zhuǎn)（high-pressuretorsion）的方式進(jìn)行壓縮。目前，高壓扭轉(zhuǎn)在金屬加工工藝中非常普遍，壓縮力和扭轉(zhuǎn)變形同時(shí)作用于材料。在過去二十幾年里，因?yàn)榭梢陨a(chǎn)出高強(qiáng)度和晶粒細(xì)化（grainrefinement）材料（甚至是納米級(jí)別材料），高壓扭轉(zhuǎn)方式在業(yè)內(nèi)逐漸流行。
最終產(chǎn)出的金屬?gòu)?fù)合材料由14%的碳化硅納米粒子和86%的鎂構(gòu)成。新材料在試驗(yàn)過程中，展示出了相關(guān)材料歷史上最高強(qiáng)度水平（斷裂之前可承受的最大重量）以及最優(yōu)硬度重量比。而且，材料還展示出了超強(qiáng)的耐高溫特性。
李曉春博士介紹說(shuō)：“我們目前的研究結(jié)果僅是新型復(fù)合材料的皮毛，而未來(lái)具有革命特性和功能的系列新型金屬?gòu)?fù)合材料將不斷涌現(xiàn)�！�
目前，該發(fā)明成果已經(jīng)被發(fā)表在《自然雜志》上了。新型復(fù)合材料或?qū)⒈人芰线�要輕，比金屬表現(xiàn)還要好，未來(lái)將在汽車、航天、醫(yī)療等方面大展身手。
