如何像科幻電影中輕便飛行？如何像飛鳥般自由穿梭？

2025年10月，億航智能新一代長航程無人駕駛載人航空器VT35震撼發(fā)布，創(chuàng)新性能讓跨城市、跨海域、跨山區(qū)等中長途交通出行輕松實(shí)現(xiàn)，為城市內(nèi)、城際間出行提供更加安全高效、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)便利的解決方案。

輕便飛行，納米陶瓷出了大力氣

圖片來源：億航智能官網(wǎng)

VT35除復(fù)合翼設(shè)計(jì)與碳纖維機(jī)身外，更關(guān)鍵的是應(yīng)用了新型納米陶瓷復(fù)合材料，直接實(shí)現(xiàn)23%的減重突破。

納米陶瓷是指晶粒尺寸達(dá)到納米級別的新型陶瓷材料。納米陶瓷不僅保持了陶瓷材料在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等方面具備一些特殊性能，而且克服了陶瓷材料本身存在脆性裂紋、均勻性差，尤其室溫下很低的斷裂韌性和極差的抗沖擊性能等缺陷。

在航天領(lǐng)域，納米陶瓷正以其卓越性能，成為替代傳統(tǒng)金屬的關(guān)鍵材料。它不僅能為航天發(fā)動機(jī)噴嘴、防熱罩等核心高溫部件實(shí)現(xiàn)顯著“減負(fù)”，更能大幅提升其耐高溫極限與整體可靠性。此外，納米涂層技術(shù)構(gòu)筑起航天器的“金鐘罩”。利用氧化鋯、氧化鋁等納米陶瓷涂層超強(qiáng)的耐磨、耐腐蝕與抗高溫特性，能在航天器表面形成一道堅(jiān)固的保護(hù)膜，有效抵御太空碎片的撞擊與嚴(yán)峻空間環(huán)境的侵蝕，為飛行安全保駕護(hù)航。

想要成功獲得納米陶瓷材料？可沒那么容易

納米陶瓷的制備工藝主要包括納米粉體的制備、成型和燒結(jié)。而燒結(jié)過程是決定陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，只有選擇一種合適的燒結(jié)工藝才能獲得預(yù)期的顯微結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的綜合性能。由于納米粉體的巨大活性表面能，在燒結(jié)過程中這些能量釋放使得晶界擴(kuò)散非常快，晶粒迅速長大，而且納米材料的晶界移動是同時(shí)控制納米材料晶粒的生長和燒結(jié)材料致密化的驅(qū)動力。陶瓷粉體的納米燒結(jié)致密化過程中，粒子之間的晶向形成不是隨意的，而是在粒子表面通過相互平行的、結(jié)晶排列的小刻面之間的有序配合形成的。所以減小納米顆粒的團(tuán)聚、粗化和長大以及增大燒結(jié)納米材料致密化程度是納米材料燒結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。

SPS燒結(jié)

SPS（SparkPlasmaSintering）即“放電等離子燒結(jié)”，出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，近年來被廣泛應(yīng)用于材料制備中的一種先進(jìn)燒結(jié)技術(shù)。SPS與熱壓燒結(jié)相似，不同之處在于加熱方式，它是利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓的燒結(jié)方法。直流脈沖電流初期的電火花放電產(chǎn)生局部高溫場、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴(kuò)散。能提供極快的加熱速度從而獲得高致密度的均勻燒結(jié)體。

SPS燒結(jié)充分利用了粉體內(nèi)部的自發(fā)熱作用，產(chǎn)生大量的熱傳遞通道以及縮短熱擴(kuò)散的距離，使粉體迅速升溫?zé)Y(jié)致密度增加的同時(shí)并能有效抑制晶粒長大。SPS燒結(jié)工藝優(yōu)勢非常明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，得到高致密度的材料，還可燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件等。

微波燒結(jié)

微波燒結(jié)是20世紀(jì)80年代中后期國際上發(fā)展起來的一種新型的陶瓷燒結(jié)技術(shù)，它是利用在微波電磁場中材料的介電損耗致使陶瓷及其復(fù)合材料整體加熱至燒結(jié)溫度，并最終實(shí)現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)的新技術(shù)。微波燒結(jié)由于無外加壓力，所以電磁場的頻率越高，升溫速度越快，對晶粒長大的抑制越明顯。

超高壓燒結(jié)

所謂超高壓燒結(jié)，即在1GPa以上壓力下進(jìn)行的燒結(jié)。其特點(diǎn)是不僅能夠迅速達(dá)到高密度，而且使晶體結(jié)構(gòu)甚至原子、電子狀態(tài)發(fā)生變化，從而材料具有在通常燒結(jié)下不能達(dá)到的性能。超高壓燒結(jié)時(shí)對材料產(chǎn)生極高的壓應(yīng)力，抑制加熱時(shí)材料熱膨脹的趨勢，本質(zhì)上是阻礙原子受熱激活的擴(kuò)散，防止晶粒的長大；而且在超高壓力的作用下，燒結(jié)的驅(qū)動力提高，材料能夠達(dá)到較高的致密化程度，這對于制備納米陶瓷都是有利方面。

反應(yīng)熱壓燒結(jié)

反應(yīng)熱壓燒結(jié)是通過氣相或液相與基體相互反應(yīng)制備陶瓷材料。該種燒結(jié)方法是一種使納米粉體聚集成納米陶瓷而保持完全致密，且沒有顯著粒徑增長的方法。由于反應(yīng)熱壓燒結(jié)技術(shù)制備納米陶瓷時(shí)通過化學(xué)反應(yīng)消除了基體與增強(qiáng)體（兩相）界面的不相容性，存在一個(gè)潔凈、結(jié)合好的界面，而且顆粒分布均勻。另外，該制備方法過程中附加一定的外壓力，阻止了晶粒迅速長大。反應(yīng)燒結(jié)法具有成本低、燒結(jié)溫度低、工藝簡單，并可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并獲得材料特殊性能的優(yōu)點(diǎn)。

SLS燒結(jié)

SLS法（選擇性激光燒結(jié)）采用紅外激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。在納米陶瓷制備中，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)利用激光能量瞬時(shí)產(chǎn)生極高的溫度梯度保證燒結(jié)過程中納米粉體的尺寸在固一-液一-固相變過程中變化極小，從而能有效控制陶瓷材料晶粒生長，并消除材料的某些內(nèi)部缺陷。

兩步燒結(jié)

兩步燒結(jié)法是近幾年應(yīng)用到材料領(lǐng)域的新型燒結(jié)技術(shù)，主要是快速升溫到燒結(jié)溫度以上抑制晶粒生長，在晶粒還沒來得及變大時(shí)就開始急速降溫到燒結(jié)溫度，然后恒溫繼續(xù)燒結(jié)提高材料的致密度。兩步燒結(jié)法主要是清華大學(xué)和UniversityofPennsylvania在研究，這種燒結(jié)方法很先進(jìn)，但是從燒結(jié)溫度以上（100℃左右）急速冷卻到燒結(jié)溫度對爐子的要求很高，對這種燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用造成了限制。

熱等靜壓燒結(jié)

熱等靜壓燒結(jié)是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產(chǎn)技術(shù)，制備陶瓷時(shí)加熱溫度通常為超過2000℃，達(dá)2300℃。該燒結(jié)方法通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮?dú)鉃閭鲏航橘|(zhì)，使得粉末的各個(gè)方受到相等的壓力。熱等靜壓燒結(jié)方法能克服壓力不均勻現(xiàn)象，減少了陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)梯度和結(jié)構(gòu)缺陷，故加工的產(chǎn)品均勻致密、性能優(yōu)異。同時(shí)，該技術(shù)還具有燒結(jié)時(shí)間相對較短、工序少和材料損耗小等特點(diǎn)。采用熱等靜壓燒結(jié)工藝能降低保溫時(shí)間，對于抑制晶粒生長作用顯著，可獲得性能優(yōu)異的納米陶瓷材料。另外，對于一些特殊納米陶瓷材料還可采用低溫?zé)Y(jié)、脈沖電流燒結(jié)和爆炸燒結(jié)等燒結(jié)技術(shù)。

納米陶瓷制備并不簡單，隨著研究人員的努力，正推動納米陶瓷材料制備技術(shù)向普通化、低成本化和交叉應(yīng)用的方向發(fā)展。據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2030年，全球納米陶瓷市場規(guī)模有望突破數(shù)百億美元，其中中國將成為這一市場中不可忽視的重要力量。這一迅猛增長的背后，離不開納米陶瓷在航空航天、醫(yī)療器械、電子設(shè)備和汽車輕量化等高端領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。從當(dāng)前的市場規(guī)模與發(fā)展?jié)摿砜?，納米陶瓷的未來，必將更加璀璨。

參考來源：

[1]李翀等，納米陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的研究進(jìn)展

[2]周錦，新型陶瓷材料的研究綜述

[3]航化網(wǎng)、億航智能官網(wǎng)、粉體網(wǎng)