【陶瓷材料】工业陶瓷免受热冲击新科技——新纳米涂层

    工业陶瓷免受热冲击新科技——新纳米涂层

陶瓷材料，除了可以制作日用陶瓷、艺术陶瓷等以外，同样也越来越多的被用于工业陶瓷、和化学等行业。不过值得关注的是，在高温条件下，陶瓷很容易因快速的温度改变引发的冲击力而产生爆裂现象。美国新墨西哥大学的工程师在美国物理联合会（aip）出版集团下属《aip advances》杂志上报告了一种预防陶瓷热冲击的廉价、简单疏水涂料，能够很好的应对这种现象。

新纳米涂层利用的是和传统涂层相同的材料，不同的是他控制了然传导，使陶瓷经历更加温和的温度梯度，减轻拉伸力度，减少了热冲击力，避免了快速温度改变热冲击引起的破裂。

事实上，热冲击的现象在日常生活中是非常普遍的。比如我们日常接触到的热水杯遇到冷水，表面温度的突然降低会在陶瓷材料内部产生不均衡的温度梯度，引发拉伸应力，最终导致陶瓷杯的破裂，即我们日常生活中的“陶瓷杯炸裂”。同样的，相同的热冲击力也会对工业陶瓷的寿命产生一定的影响。

从跨学科的学术背景出发，lee决定探寻热传递对陶瓷热冲击的影响。首先他通过拍摄水滴对加热陶瓷表面影响的高速视频分析了热传递。他表示：“当热传递快速进行时，碰撞瞬间会产生猛烈的气泡和表面上的喷射流”。这也就充分的用事实解释了热冲击引发爆裂的过程。

通过研究发现，这些更加快速的热传递模式同材料强度的减少相对应。当陶瓷被加热至325℃时，出现了更加剧烈的液滴动力学过程（表明更加快速的热传递），材料强度也相应地大幅下降。不过，在高于325℃时，材料强度似乎较少受到热冲击影响，同时液滴动力学发生改变，形成更加明显的蒸汽膜。

为减少热传递以及陶瓷在高达325℃时经历的热冲击，lee利用了一些核工程学的基本知识，也就是说，二相热传递速率可通过将水从表面驱赶走以形成绝缘蒸汽膜而被降低。为此，他在陶瓷表面涂上纳米粒子，产生纳米结构的疏水面。当试验在拥有新涂层的陶瓷材料上重复时，水滴动力学得到极大改变，也没有猛烈的泡沫喷出。而蒸汽膜的形成被观察到。关键在于拥有新涂层的陶瓷在水滴撞击后并未出现强度上的改变。

这一研究将为工业陶瓷的制造产生深远的影响。

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