湖南大学“天马材料研究论坛”第155期
题 目：寻找不脆陶瓷的方法：从MAX相到MAB相陶瓷
报告人：周延春 教授
地 点：工程实验大楼240、244 多媒体报告厅
时 间：2019年4月2日（周二）下午3：00-5：00
主持人：潘安练 教授
邀请人：材料科学与工程学院
承办人：材料学院“天马材料研究论坛”日常工作小组
报告人简介：
周延春，1985年毕业于清华大学，1988和1991年在中科院金属所分别获得硕士和博士学位。1992-1994年在美国密苏里大学做博士后。现任航天材料及工艺研究所研究员，先进功能复合材料技术重点实验室副主任，中国运载火箭研究院首席技术专家。主要从事高温陶瓷及复合材料的多层次结构设计、制备和性能研究。在Annal Rev. Mater. Res., Inter. Mater. Rev., Acta Mater., J. Am. Ceram. Soc.等期刊上发表SCI论文400多篇，被引用12600多频次， H-因子60。获得中科院院长奖学金特别奖(1991)、中科院技术发明二等奖(1998)、辽宁省自然科学一等奖（2005）、国家科技进步二等奖（2014）、美国陶瓷学会Global Star奖（2010）、美国陶瓷学会工程陶瓷部Bridge Building奖（2018）、国际衍射数据中心（ICDD）贡献奖(2009\2012\2014) 等奖励。
主要学术贡献包括：（1）发现了16个新型高温碳化物、氮化物和硼化物新相并确定了晶体结构；（2）提出了高损伤、可加工陶瓷的设计准则，并以此理论为基础通过实验发现或证实了一系列新型抗损伤、可加工陶瓷；（3）提出了基于原位反应制备体材料、多孔材料和二维硼化物的方法。
主要国际学术期刊任职包括《J. Mater. Sci. & Tech.》Vice-editor-in chief, 《J. Am. Ceram. Soc.》Editor, 《J. Mater. Res.》Principle Editor,《Inter. J. Appl. Ceram. Tech.》Associate Editor,《J. Asian. Ceram. Soc.》Editor, 《Inter. Mater. Rev.》、《Ceram. Inter.》、《J. Ceram. Soc. Jap.》和《J. Adv. Ceram.》等杂志的Editorial board member,《现代技术陶瓷》和《宇航材料及工艺》主编。
报告摘要：
超高温陶瓷是高超声速飞行器的鼻锥、翼前缘、超燃冲压发动机的燃烧室和第四代核反应堆燃料包壳的关键材料。然而，本征脆性和缺陷敏感性限制了它们在这些极端环境下的应用。脆性的本质源于原子间的强共价键作用，从而导致位错滑移困难。因此，改变脆性必须从电子结构和化学键特性的研究入手。本报告首先从分析MAX相(Mn+1AXn, 其中M是过渡金属原子、 A是IIIA或IVA族原子、X是C或N原子， n=1、2、3、4 、5等)的多层次结构(电子结构、晶体结构和显微结构)与宏观性能的关系入手，提出不脆、可加工陶瓷的判据，然后利用这些判据寻找新的超高温硼化物陶瓷陶瓷。MAX相的晶体结构可以被认为是A原子层插入到过渡金属碳化物或氮化物的孪晶界上，由周期性交替排列的Mn+1Xn层/A原子层而构成的。晶体结构中的化学键呈明显的各向异性，即M-X为强共价键而M-A为弱的香蕉键。化学键的各向异性导致材料的电学和力学性能呈明显的各向异性。其不脆的本质是M-A的弱香蕉键导致了低剪切模量和低剪切强度，并使位错可沿基面滑移。MAX相的化学键特性使得它们综合了金属和陶瓷的共同优点，包括耐高温、抗氧化、抗热冲击、导电、导热、不脆、容易加工等。根据MAX相的结构和性能关系，建立了寻找不脆高温陶瓷的判据。 利用该判据，预测了系列新型三元层状硼化物陶瓷即MAB相(其中M是过渡金属原子、A是Si或Al原子、B是硼原子)的结构和性能，并揭示了决定它们性能的本质。根据MAB相的结构特点，发展了二维过渡金属硼化物MBene的制备方法。报告的前半部分主要介绍MAX的结构性能关系及应用，后半部分主要介绍新型MAB相的结构和性能关系、MBene的制备方法及新化合物的发现。最后，给出不脆、抗损伤陶瓷的普适判据。
