钡锶铝硅酸盐(Ba x Sr 1−x Al 2 Si 2 O 8，BSAS)陶瓷兼具相稳定性和抗水蒸气腐蚀性能，是天线罩技术和电子封装的理想材料。针对BSAS陶瓷对损伤和缺陷的耐受性低的问题，引入纳米增强体是提高其强度和韧性的有效方法。

SiC纳米线(SiCnws)具有从SiC陶瓷继承的高强度和硬度，以及纳米材料优异的韧性和弹性特性，使其成为增韧BSAS陶瓷的理想材料。纳米增强体的增强增韧效果主要与其分散性和界面结合有关。分散性差会导致致密化过程中形成封闭孔隙，而强的界面结合会阻止裂纹的有效偏转，从而限制纳米材料的增强增韧效果。

寻找优化SiCnws分散、实现裂纹稳定偏转的策略是充分发挥其增强增韧作用的关键，对于丰富陶瓷增强增韧机制的理论框架具有重要意义。

近日，西北工业大学范晓萌团队报道了一种用于增强增韧复相陶瓷的低模量脆性界面设计方法。通过在SiCnws与BSAS之间构建嵌入式SiO 2界面，通过微观结构和界面结构的追踪，分析了BSAS陶瓷的增强增韧机制，优化了BSAS陶瓷的力学性能。该工作为复相陶瓷的界面结构及其增强增韧提供了一种新的设计方法。

该团队在《先进陶瓷杂志》上发表了他们的研究成果。

“本报告采用热压烧结技术制备了高致密的SiCnws/SiO 2 /BSAS复相陶瓷，三相之间具有清晰的相界。利用STEM-HAADF技术，证实了非晶态SiO 2以不规则形状嵌入立方SiCnws和单斜BSAS之间，形成界面状结构，”西北工业大学热结构复合材料科学与技术实验室副教授范教授说，他是一位材料科学专家，其研究兴趣是超高温陶瓷基复合材料。

“在致密化过程中，流动性好的陶瓷粉末对于提高纳米增强体的分散性至关重要。根据He和Hutchinson标准，构建低模量界面是诱导裂纹偏转的关键。

“因此，我们提出了一个创新的假设，通过构建脆性界面来优化纳米增强体的增强增韧效果：在SiCnws和BSAS陶瓷基体之间引入一个软化温度低、模量低的嵌入式SiO2界面，”范说。

“结果证实了假设。首先，熔融的SiO 2可以在压力下覆盖陶瓷颗粒，从而降低烧结过程中的接触应力并提高流动性。同时，在烧结过程中，熔融的SiO 2充当SiCnws和BSAS晶粒之间的嵌入界面，削弱它们之间的界面结合。这共同优化了SiCnws的增强和增韧效果。”

本工作通过调整SiO 2含量优化陶瓷界面结构,并采用He和Hutchinson准则预测界面裂纹扩展行为,系统研究了增强增韧机制。优化后的陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别为193±16 MPa和3.1±0.5 MPa·m 1/2 ,与未优化的陶瓷相比,分别提高了52.6%和94.0%。

范教授表示：“这项工作对于BSAS陶瓷的商业应用具有重要意义，为界面结构设计提供了新的设计策略，以增强和增韧多相陶瓷。”

然而，BSAS 的商业化应用前景以及将此策略应用于优化其他多相陶瓷力学性能的可行性仍需更细致的研究。针对此问题，范教授提出了三个潜在的未来研究方向：增强热稳定性、耐水汽腐蚀性能及其与力学性能的协同作用;优化相关制备工艺;以及研究此策略在其他多相陶瓷体系中的适用性。

其他研究贡献者包括来自中国陕西西北工业大学热结构复合材料技术重点实验室的李鑫、罗浩杰、薛吉梅、叶芳和刘永胜;来自中国陕西西安交通大学前沿科学技术研究所的陆小克。

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