论文第一作者为我校博士生于永东，通讯作者为郑永挺教授，其他合作者为我校刘旭东博士、袁雨晨博士、赫晓东教授。我校为该论文唯一署名单位。
氧化铝和氧化锆是在先进装备及制造等领域应用广泛的先进陶瓷。目前，我国在先进结构陶瓷高端产品方面，如在高质量氧化铝粉体、高速刀具切削陶瓷刀具、生物陶瓷、高端陶瓷轴承等方面尚不能实现自给自足。郑永挺教授项目组首创了“Al-O2超高温燃烧合成+熔体快速水冷”方法，研制了新型超高温熔体水冷雾化设备，合成氧化铝/氧化锆亚稳态微米粉（图a），粉体内部微观结构见（图b），在烧结致密化过程中，原位诱发了具有高密度多级氧化锆纳米结构、亚微米柱状晶的氧化铝基陶瓷（图c, d），可实现多级纳米结构、柱状晶、氧化锆t-m相变等多因素的协同增韧，大幅度提高了陶瓷的力学性能，产品兼具极高的硬度（HV20GPa）和极佳的韧性（16MPa·m1/2），其技术原理可广泛应用于高性能先进陶瓷的生产制造。该研究得到企业研发项目和国家自然科学基金的资助。
相较于传统纳米复合陶瓷的工艺方法，该研究成果具有以下优势：产物具有多级高密度、细密均匀的纳米结构，晶粒尺寸约500纳米，晶内纳米增强相约50纳米；实现陶瓷内部大量亚微米柱状晶自发生长，柱状晶与基体原子级结合紧密，强韧化效果显著提高；经济高效、成本低，适于工业化量产；粉体合成及烧结工艺绿色环保、无污染，避免纳米粉液相生产工艺带来的污染问题；制备纳米陶瓷的原料为球形、微米级固溶体粉末，避免了纳米粉末易团聚、难分散、成型困难等问题，大幅降低成型工艺的难度和成本。
图中红色标注为郑永挺教授项目组研究成果，CAZC为柱晶纳米陶瓷，EAZC为等轴晶纳米陶瓷。韧性的测试与切口厚度密切相关，左图为普通的切口，前端直径约为200微米；右图为激光切口，前端直径约为1.2微米。
此外，项目组在“超高温燃烧合成+熔体快速水冷雾化”技术方面，取得了多项研究成果。前期已成功制备了氧化铝/氧化锆的过饱和固溶体微米粉和纳米共晶粉末，烧结制备了高密度纳米结构等轴晶纳米陶瓷，在远离平衡态的非线性相变过程中，实现了先进陶瓷微观结构的精密调控。相关成果发表于《欧洲陶瓷协会》和《美国陶瓷协会》杂志，获授权国家发明专利9项、国际专利1项。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202105367
编辑：商艳凯
