结构-功能一体化ZrO2-SiO2陶瓷纳米复合材料的构建：CNTs与Ti3AlC2的协同增强机制

为解决传统陶瓷材料力学性能与功能特性难以协同优化的问题，研究人员通过湿法球磨将碳纳米管(CNTs)和Ti3AlC2 MAX相引入ZrO2-SiO2基体，成功制备出兼具34%抗弯强度提升和显著导电/吸波性能增强的纳米复合材料。该研究为多维填料协同设计结构-功能一体化陶瓷提供了新思路。

　　

陶瓷材料因其优异的耐高温、耐腐蚀特性在航空航天等领域应用广泛，但脆性大、功能单一等问题长期制约其发展。传统增韧方法往往以牺牲功能特性为代价，如何实现力学性能与电学/电磁特性的协同提升成为研究难点。近年来，碳纳米管(CNTs)的一维导电网络和MAX相的三维结构调控能力为破解这一难题提供了新机遇。

国内研究人员在《Materials Characterization》发表的研究中，创新性地采用湿法球磨工艺将CNTs和Ti₃AlC₂ MAX相共混于ZrO₂-SiO₂前驱体粉末。通过烧结过程中CNTs的结构稳定性和Ti₃AlC₂的原位分解行为调控，成功构建了双相增强的纳米复合材料体系。研究主要运用X射线衍射(XRD)分析物相转变，扫描电镜(SEM)观察微观形貌，三点弯曲试验评价力学性能，四探针法测试导电率，矢量网络分析仪测定电磁参数。

微观结构表征
SEM显示CNTs在基体中呈均匀分布并保持管状完整性，而Ti₃AlC₂分解生成的TiC颗粒形成三维互穿网络。XRD证实烧结后存在ZrO₂、SiO₂、TiC和CNTs四相共存。

力学性能提升
三点弯曲测试表明复合材料的抗弯强度提升34%，断裂面可见CNTs的拔出痕迹，证实其通过桥接和裂纹偏转机制实现增韧。

功能特性优化
导电率测试显示1D-3D混合导电网络的协同效应使体积电阻率降低2个数量级。电磁参数分析表明复合材料在X波段(8-12 GHz)的反射损耗达-25 dB，优于单一填料体系。

该研究通过维度差异化的填料设计，实现了陶瓷材料"强韧化-功能化"的一体集成。CNTs的拔出增韧与TiC的导电网络构建形成空间互补，为多功能陶瓷的开发提供了普适性策略。特别值得注意的是，MAX相的原位分解避免了传统外加TiC颗粒的界面相容性问题，这种"自生成"增强相的设计思路对其它复合材料体系具有重要借鉴意义。研究成果对航空航天用耐极端环境功能材料、5G通信基站的电磁屏蔽材料等领域具有明确的应用前景。