Vật liệu gốm rỗng do nhóm nghiên cứu Trung Quốc thiết kế vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ 2.000 độ C, rất phù hợp để sản xuất tấm chắn bảo vệ trong hàng không vũ trụ.

中国科学家设计的多孔陶瓷材料在2000摄氏度的温度下仍能保持耐用性，非常适合制作航空航天领域的防护罩。

Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển một vật liệu gốm rỗng với độ bền cơ học cao và tính cách nhiệt cần thiết đối với ứng dụng trong hàng không vũ trụ, Interesting Engineering hôm 23/1 đưa tin. Loại gốm này thậm chí có thể đóng vai trò chủ chốt như vật liệu cách nhiệt ở thế hệ máy bay siêu thanh tiếp theo, theo Chu Yanhui, nhà khoa học ở Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc.

据Interesting Engineering1月23日报道，中国科学家研发出一种具有高机械强度和高隔热性能的新型多孔陶瓷材料。华南理工大学科学家褚衍辉表示，这种陶瓷甚至可以在下一代高超音速飞机中发挥关键的隔热作用。

Vật liệu gốm rỗng ngày càng được ưa chuộng do khả năng cách nhiệt tốt, kết hợp với đặc điểm siêu nhẹ, tính trơ hóa học và độ dẫn nhiệt thấp. Nhưng đạt đồng thời cả độ bền cơ học và tính cách nhiệt cao ở gốm rỗng là một thách thức do vật liệu càng có nhiều lỗ rỗng để tăng tính cách nhiệt, độ bền cơ học càng giảm mạnh. Hiện tượng co rút và giảm độ bền cũng xảy ra khi vật liệu rỗng thông thường chịu nhiệt độ cao, có nghĩa chúng không thích hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ.

多孔陶瓷材料因其良好的隔热性能、超轻特性、化学惰性和低导热系数而越来越受欢迎。但在多孔陶瓷中同时实现高机械强度和高隔热性能是一个挑战，因为材料用于提高隔热性能的孔越多，机械强度下降得越多。当传统的多孔陶瓷材料受到高温时，也会发生收缩和强度损失，这意味着它们不适合应用于航空航天领域

Tuy nhiên, loại gốm mới phát triển bởi nhóm nghiên cứu ở Trường Khoa học vật liệu và Kỹ thuật thuộc Đại học Quảng Châu, có thiết kế cấu trúc đa cỡ giúp vượt qua những hạn chế trên. Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Advanced Materials, Chu cho biết loại gốm tên 9PHEB thể hiện khả năng duy trì độ bền và kích thước xuất sắc dưới nhiệt độ lên tới 2.000 độ C, khiến nó rất phù hợp để sử dụng trong điều kiện cực hạn. Vật liệu dựa trên bao gồm 9 thành phần, tất cả đều là ion tích điện dương. Theo Chu, 9PHEB có độ rỗng 50%, nhưng độ bền nén của nó cực cao, ở mức khoảng 337 triệu pascal (Mpa) ở nhiệt độ phòng, lớn hơn đáng kể so với những loại gốm rỗng trước đây.

然而，华南理工大学材料科学与工程学院研究小组开发的新型陶瓷，其多尺度结构设计有助于克服上述限制。 褚衍辉在《Advanced Materials》杂志上发表的研究中表示，这种名为9PHEB的陶瓷在高达2000摄氏度的温度下具有超高的强度和尺寸稳定性，非常适合在极端条件下使用。该基础材料由9种成分组成，全部都是带正电的离子。据褚衍辉介绍，9PHEB的孔隙率为50%，但其抗压强度极高，在室温下展现出高达约337MPa的超高强度，明显大于以前的多孔陶瓷材料。

Loại gốm mới cũng cho kết quả tốt trong thử nghiệm độ ổn định nhiệt và cách nhiệt, giữ được 98,5% độ bền thậm chí ở 1.500 độ C. Khác với một số loại gốm truyền thống thường bị nứt vỡ ở nhiệt độ cao, 9HPEB cũng thể hiện biến dạng dẻo khi bị nén ở 2.000 độ C. Khi vật liệu biến dạng ở nhiệt độ cao, nó chịu lực căng 49%. Điều đó khiến độ bền của nó tăng lên 690 Mpa, lớn hơn gấp đôi so với trước đó. Đặc biệt, nhiệt độ cao không có bất kỳ tác động lớn nào tới thể tích hoặc kích thước vật liệu, nó chỉ có khoảng 2,4% sau khi bị nung ở 2.000 độ C.

新型陶瓷在热稳定性和绝缘测试中也表现出良好的性能，即使在1500摄氏度下仍能保持98.5%的室温强度，与一些在高温下经常破裂的传统陶瓷不同，9HPEB在2000摄氏度时也表现出塑性变形，当该材料受到高温压缩时，其应变可以达到49%。这使得其强度可以达到690Mpa，是其它材料的两倍多。特别是高温对材料的体积或尺寸没有大的影响，在2000摄氏度的高温下，只有2.4%左右的尺寸收缩率。

Chu giải thích các đặc điểm cơ học và nhiệt trên là kết quả từ thiết kế đa cỡ của gốm. Thiết kế này bao gồm những lỗ li ti ở quy mô nhỏ, bề mặt chất lượng cao ở quy mô nano và biến dạng mạng ở quy mô nguyên tử. Cấu trúc vi mô của các lỗ gốm, cả về mặt kích thước và phân bố, đều đóng vai trò quan trọng đối với thiết kế. Ở cấp nano, gốm có những liên kết chắc chắn không khiếm khuyết giúp tăng cường độ bền cơ học. Ở cấp nguyên tử, biến dạng mạng từ thiết kế giúp cải thiện độ cứng và giảm dẫn nhiệt. Kết hợp với nhau, các đặc điểm này tăng độ bền cơ học và tính cách nhiệt của vật liệu, khiến nó phù hợp để dùng làm lá chắn cho máy bay siêu thanh.

褚衍辉解释说，能达到上述的强度和热稳定特性是陶瓷的多尺度设计的结果。这种设计包括微尺度超细孔、纳米尺度高质量表面以及原子尺度上的晶格畸变。陶瓷孔隙的微观结构，无论是尺寸还是分布，都会对性能产生巨大影响。在纳米量级的水平上，陶瓷具有牢固、无缺陷的键，可增强机械强度。在原子量级的水平上，晶格畸变提高了强度并降低了热导率。这些特性相结合，提高了该材料的机械强度和隔热性能，使其适合用作高超音速飞机的防护罩。