有望實現廣泛用途的自愈陶瓷

科技 04-11

2017年12月，迅速對龜裂等損傷進行自我修復的陶瓷被開發問世。

有一種原材料，如果部件等出現龜裂，該處就會發生化學反應，並自行修復損傷。2017年12月，設想用於航空器發動機的新自愈陶瓷面世了。這種新原材料是在國立研究開發法人科學技術振興機構的前沿低碳化技術開發的研究項目中，由參與原材料研究的國立大學法人橫濱國立大學（以下簡稱YNU）與國立研究開發法人物質和材料研究機構共同開發出來的。

「1995年，YNU的研究小組發現了自愈陶瓷。原本，原材料的自我修復現象從幾十年前就已被人注意到，但當時自愈構造還存在許多尚未弄清的地方，研究者大多忽視這種現象。並且，僅限於1200℃左右的溫度範圍，才會出現治癒現象，因此我們在摸索中開始進行研究開發。」 YNU大學院工學研究院的中尾航教授談道。

進入21世紀，正式開始將自愈陶瓷運用於產品的研究，目前自愈材料的研究存在於高分子材料和混凝土等各種領域。

中尾航教授接著談道：「自愈材料，簡單說來，就好像是把我們人類進行的新陳代謝功能埋入人工原材料。若陶瓷出現龜裂，氧氣將進入其中，於是誘發氧化反應，最終由於反應熱和氧化物生成造成的體積膨脹，使裂面再次接合起來。這種現象與骨折的治癒過程非常相似，即最初出現炎症和發熱現象，然後從修復期進入改變期，骨頭回復原狀。在自愈陶瓷的開發中，促進人體新陳代謝的體液網是一個很重要的啟示，如何將陶瓷埋入自愈材料是開發的關鍵。」

開發出的新自愈陶瓷，如溫度上升到相當於噴氣式發動機的排氣溫度1000℃時，最快1分鐘即可讓損傷痊癒。與現有的原材料修復需要1000小時相比較，是個非常大的進步。目前，航空器發動機的渦輪翼使用合金制的部件，如果更換為較輕的耐熱陶瓷部件，可減少15％左右的耗油量，因此這種新原材料得到了全世界的巨大關注。

中尾航教授談道：「如果是航空器用部件，必須符合很多國際規格和國際認證的要求。我們考慮實用化的大致時間表是在2030年以後，搭載到第一輛國產噴氣式發動機是我們的目標。」

本次開發出的自愈陶瓷，從400℃左右的溫度範圍開始發揮自愈能力，因此也被認為可用於航空器以外的各種產業。

「輕巧耐熱的陶瓷可用於各種用途。本次開發出的自愈陶瓷還可應用於汽車的發動機部件和電氣產品的接點和表面塗層材等，如果能夠用在人工衛星等不便維護的部件，應該會發揮更大的效果。」中尾航教授談道。

自愈陶瓷最大的好處是部件類的長壽化和免維護，而中尾教授的研究小組進一步研究了其可能性。

中尾航教授談道：「若能管理部件的損壞形式，提供自我修復性，就能夠製造出重複自愈，強度和功能更加強大的原材料。這與骨折之處的骨頭比受傷前更結實的道理一樣，與日本的傳統漆器和木造建築等，越使用，強度更高，感覺越好，也是同樣道理。」

日本的陶瓷燒制技術走在世界的前列。我們期待通過追求自愈陶瓷技術的極致，提高更加安全和安心的可能性。