西工大新闻网8月18日电（记者 王凡华）在日常生活当中，陶瓷我们非常熟悉，几乎每天都会用到。但是，什么是层状陶瓷？记者瞬间就“懵圈”了……此次，成来飞教授所在团队申请获批的项目《新型层状结构陶瓷的制备与应用基础》，让我们还是从这项2016年度国家自然科学基金重点项目的源头，慢慢说起。

    根据强韧化方法不同，陶瓷材料发展了复相陶瓷、纤维增韧陶瓷基复合材料以及层状陶瓷等三大体系。其中，复相陶瓷具有高强度和高比例极限应力，但韧性提高有限，适用于高应力小尺寸简单零件。纤维增韧陶瓷基复合材料从根本上解决了脆性问题，已经在航空航天领域获得广泛应用，但是纤维/基体弱界面产生的非线性力学行为导致其比例极限应力低，适用于中等应力大尺寸复杂构件。层状陶瓷的强度和韧性介于复相陶瓷和纤维增韧陶瓷基复合材料之间，并且具有良好的线性力学行为，适用于高应力小尺寸复杂零件。

    层状陶瓷是近年来发展迅速的陶瓷增强增韧新技术。它模拟自然界某些生物材料，如珍珠、贝壳的复合结构，在脆性的陶瓷材料中加入软质的耐高温材料，以达到增强增韧的目的。因此，也是一种仿生材料。

    近年来国内外许多学者开展了层状陶瓷材料的研究工作，有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等3种体系层状陶瓷，其研究重点主要在于力学性能的改善，尤其是如何提高陶瓷材料的断裂韧性上。

    成来飞教授所在超高温结构复合材料重点实验室是国家级重点实验室，专门从事陶瓷基复合材料研究，被国际同行评价为不仅在中国而且在国际上也居先进水平，已建立国内唯一的陶瓷基复合材料工程化中心，使中国成为国际上能够批量制造碳化硅陶瓷基复合材料构件的三个国家之一，并建立了国内唯一的陶瓷基复合材料产业化公司（西安鑫垚陶瓷复材有限公司），正在建设陶瓷基复合材料制造技术国家工程研究中心，部分陶瓷基复合材料产品已实现工程应用。

    而碳化硅陶瓷基复合材料被形象地描述为“摔不烂、打不碎”的陶瓷，具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀和较低的密度和热膨胀等优异性能，已经在航空航天、能源、机械、汽车、冶金等领域，获得了广泛的应用。

    成来飞教授所在团队已经实现了纤维增韧陶瓷基复合材料的工程化和产业化，承担着我国多种陶瓷基复合材料构件的研制任务，包括高推比航空发动机、高性能航天发动机、空天飞行器热防护系统、飞机和地面交通刹车制动系统、核能电站、燃气电站、深空探测器等领域，部分已经小批量生产并装备应用。

    纤维增韧陶瓷基复合材料发展的技术前沿之一是实现与复相陶瓷和层状陶瓷之间的复合，以满足复杂苛刻的结构性能要求。发展层状陶瓷不仅能扩大纤维增韧陶瓷基复合材料的应用领域，而且能完善超高温结构材料体系。

    所以，层状陶瓷发展的技术前沿之一是通过独特的层内和层间结构设计，在赋予层状陶瓷优异结构性能的同时，赋予其某种独特的功能特性。同时，发展层状陶瓷不仅能实现性能可设计，而且能实现结构功能一体。

    目前，层状陶瓷的主要研究方向是根据不同应用领域的性能要求发展不同的材料体系，该项目研究的新型层状结构陶瓷就是结构功能一体化层状陶瓷。成来飞教授所在团队，提出了五种层状陶瓷材料体系。

    据项目研究团队成员、材料学院副教授范尚武介绍，各类层状陶瓷的结构非常复杂，且彼此的差别很大。因此，层状陶瓷材料需要解决的三个关键科学问题，分别是结构设计、增材制造方法、界面作用机理等。

    而区别以往，更具有一般意义的是，该项目将层状结构作为一种介于高维和低维材料之间的普适材料结构，而不是一种材料强韧化手段。作为一种结构，在微纳尺度、细观尺度和介观尺度设计和制备层状材料，将赋予材料更多样的性能，而层状陶瓷的研究将为层状材料的研究打开一扇新的窗户。

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责任编辑：王元

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