Институт разработал биомиметические материалы на основе магния с высоким демпфированием, высоким поглощением энергии и памятью формы.

В дополнение к высокой удельной прочности, удельной жесткости, отличной теплопроводности и свойствам электромагнитного экранирования, демпфирующие характеристики магния значительно лучше, чем у большинства технических металлических материалов, и даже сравнимы с некоторыми распространенными полимерными материалами, но его прочность и термостойкость значительно выше, чем у полимеров. материалов, поэтому в поглощении ударов, поглощении энергии, снижении шума и других аспектах выдающиеся преимущества. Прочность, жесткость, пластичность и вязкость разрушения магния и его сплавов все еще ниже, чем у стали и алюминиевых сплавов. Как известно всем, Прочность и демпфирующие свойства металлических материалов показывают противоречивую обратную связь. С одной стороны, прочность может быть увеличена за счет ограничения движения дислокации; с другой стороны, демпфирование требует, чтобы дислокация легко перемещалась и избавлялась от закрепления, что приводит к использованию классических средств упрочнения материалов за счет демпфирующих характеристик. Как упрочнить магний и сплавы магния без значительного увеличения плотности а уменьшение демпфирующих свойств стало ключевой научной задачей.

По сравнению с искусственными материалами макроскопические механические свойства природных биоматериалов обычно намного лучше, чем простое добавление их основных структурных единиц, таких как оболочка, каркас и т. Д., Представляющие трехмерную взаимопроникающую структуру на микроуровне, и каждая фаза компонента сохраняет соединены и чередуются, таким образом реализуя дополнительные преимущества каждой составляющей фазы в производительности и функции, а также синхронное усиление и упрочнение материалов. Понимание магических «взаимосвязей структуры и производительности» природы обеспечивает уникальный образ мышления для разработка новых материалов с отличными комплексными характеристиками.

Для таких областей, как аэрокосмическая промышленность, прецизионные инструменты, в последнее время для требований к характеристикам демпфирования материалов, поглощения энергии, усталости и разрушения лаборатории Института металлических материалов Китайской академии наук Лю Цзенган, Чжан Чжэфэн, исследования титановых сплавов Ли Шуцзюнь, Мэри и и так далее с Соединенными Штатами, Китайской академией инженерной физики в Калифорнийском университете в Беркли, естественный биологический материал для справки, концепция трехмерной взаимопроникающей микроструктуры, пропитка плавлением магния, чтобы добавить материалы из никелево-титанового сплава, встраиваемые в легкие, высокопрочные, демпфирующие и поглощающие большую энергию биомиметические композитные материалы магний-никель-титан.

Микроскопические трехмерные взаимопроникающие биомиметические структуры не только реализуют взаимодополняемость и комбинацию усиленной Ni-Ti фазы и магниевой матрицы с точки зрения эксплуатационных преимуществ, но также дают материалу функции памяти формы и самовосстановления. Прежде всего, взаимопроникновение Составные фазы в трехмерном пространстве способствуют передаче напряжений между двумя фазами, ослабляя концентрацию напряжений, делая деформацию двух фаз более скоординированной и давая лучшую игру упрочняющему эффекту фазы, усиленной нити. Прочность биомиметического композитного материала значительно выше, чем у простого суперпозиции, основанного на законе смешения. Во-вторых, матрица и армированная фаза в биомиметических композитных материалах не только зависят от металлургической комбинации интерфейса, но также существуют трехмерное взаимопроникновение. механическая блокировка, которая эффективно предотвращает преждевременный выход из строя, вызванного растрескиванием поверхности раздела, и придает материалу хорошую устойчивость к повреждениям. В-третьих, проникновение фаз компонентов в биомиметический композит в трехмерном пространстве не только полностью сохраняет демпфирующие свойства магниевой матрицы, но и также вводятся новые механизмы демпфирования, такие как микропластичность и микротрещины в слабой границе раздела между двумя фазами для дальнейшего улучшения демпфирующих свойств. Кроме того, в определенном температурном диапазоне (> 150 ℃) усиленный никель-титаном каркас памяти формы эффект и эффекты связи на ползучесть магниевой матрицы и никеля t Ответное напряжение итана намного выше, чем напряжение ползучести матрицы, так что при деформационном повреждении биомиметических композиционных материалов в результате традиционной термообработки для восстановления их первоначальной формы и интенсивности, для сохранения формы памяти он обладает эффектом функции самовосстановления, и может использовать возвратно-поступательный цикл.

Посредством нескольких механизмов, соответственно, улучшающих прочностные и демпфирующие свойства, новый тип бионических композитов разрушил отношения взаимного ограничения между ними, реализовал прочность магниевого сплава, эффективность демпфирования и поглощения энергии, хорошее сочетание различных характеристик, всесторонний производительность лучше, чем у известных в настоящее время инженерных материалов, ожидается, что спросом станут прецизионные инструменты, аэрокосмическая и другие области нового типа демпфирующего амортизирующего материала.