近日，国际期刊《Journal of Advanced Ceramics》、《Journal of the European Ceramic Society》和《Journal of the American Ceramic Society》连续发表我校材料学院先进陶瓷研究中心在导电陶瓷方向的最新研究成果。其中，《Journal of Advanced Ceramics》是材料科学大类一区TOP期刊，最新IF为16.9。《Journal of the European Ceramic Society》和《Journal of the American Ceramic Society》分别为欧洲陶瓷学会和美国陶瓷学会会刊，是国际陶瓷领域公认的权威期刊。
碳化硼（B4C）陶瓷作为一种重要的结构工程材料，在耐磨部件、研磨介质、轻质装甲、核屏蔽材料等领域具有广阔的应用前景。由于B4C陶瓷具有难烧结、超高硬度和本征脆性的特点，复杂形状致密B4C工程构件的性能及加工效率低、成本高昂。为了解决这一问题，研究团队设计、制备了B4C‒TiB2导电复相陶瓷。TiB2导电第二相不仅对B4C基体有良好的强韧化效果，而且极大地提升了其电导率，所制备的导电复相陶瓷可使用电火花加工技术进行快速加工。
研究团队以B4C‒TiC‒B混合粉体为原料，采用反应放电等离子烧结技术制备了B4C‒TiB2复相陶瓷，通过显微结构的调控，实现了复现陶瓷在低导电相含量下仍具有高导电性能。相关成果发表在《Journal of the European Ceramic Society》，2020级博士生赵峻为论文第一作者，冉松林教授为论文通讯作者。相关技术获授权中国发明专利（ZL202210485924.X）和美国发明专利（US 11,795,111B2）各1项。
图1B4C‒TiC‒B混合粉体反应烧结制备B4C‒TiB2复相陶瓷的示意图
在上述基础上，团队通过原料粉体粒径的调节，探索了复相陶瓷的显微结构与其力学性能和导电性能间的耦合关系，优化工艺后成功实现了对B4C‒TiB2复相陶瓷的力学性能和导电性能的可控调节。相关成果发表在《Journal of the American Ceramic Society》，2020级博士生赵峻为论文第一作者，冉松林教授和王东副教授为论文共同通讯作者。
图2 B4C‒TiB2复相陶瓷的显微结构随原料粉体粒径的演变规律
研究团队进一步根据基体晶粒选择性吸收生长原理，采用两步法设计、制备了力学、电学性能俱佳的“晶界型”B4C‒TiB2复相陶瓷。阐明了TiC‒B体系的反应机理及其在基体晶粒选择性吸收生长过程中的作用；揭示了原料粉体粒径与复相陶瓷的显微结构、力学和导电性能间的关联机理。相关成果发表在《Journal of Advanced Ceramics》，2020级博士生赵峻为论文第一作者，冉松林教授和王东副教授为论文共同通讯作者。
图3两步法制备B4C–TiB2复相陶瓷的工艺及显微结构演变示意图
图4电火花线切割加工前后样品形貌和材料去除率随原料粒径的变化关系
此外，研究团队还采用反应烧结工艺，在1800oC制备了具有共晶组分的B4C‒SiC‒ZrB2导电复相陶瓷。系统分析了烧结工艺参数对复相陶瓷致密化和显微结构的影响，研究了材料的显微结构、力学性能和电导率的变化规律，为低温制备具有优异的力学和导电性能的B4C基复相陶瓷提供了新的思路。相关成果发表在《Journal of the European Ceramic Society》，王东副教授为论文第一作者和通讯作者，冉松林教授为论文共同通讯作者。
图5 B4C‒SiC‒ZrB2复相陶瓷的显微组织及界面结构
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.01.006
https://doi.org/10.1111/jace.19127
https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220874
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.074
（撰稿：王东 审核：李永涛）
