近期，我院谢敬佩教授团队青年教师柳培在仿生叠层TiAl基复合材料研究领域取得新进展，系列研究成果在材料科学领域著名期刊《Journal of Materials Science & Technology》 (中科院一区Top期刊，IF=10.319)和《Materials & Design》 (中科院一区Top期刊，IF=9.417)上发表。柳培博士为第一作者和通讯作者，硕士研究生侯博为共同第一作者，河南科技大学为第一单位。该研究得到了国家自然科学基金青年项目、新金属材料国家重点实验室开放基金和河南科技大学A类博士人才科研启动基金的支持。

TiAl合金是使用温度600℃以上理想的轻质高温结构材料，在“克克计较”的航空发动机领域展现出令人瞩目的应用前景，但室温塑性差限制了其更广泛应用。启迪于自然界中贝壳等高强韧材料的巧妙叠层结构，该团队提出了“在TiAl合金中原位自生柔性陶瓷Ti2AlC并通过仿生层状构型设计全面提升TiAl合金性能”的科学思路。通过对原位合成机理、构型演变规律与性能耦合响应机制等关键科学问题的系统研究，设计制备出了强度-塑性均衡匹配的Ti2AlC/TiAl仿生层状复合材料。相关研究成果以“Balancing the strength and ductility of Ti2AlC/TiAl composite with a bioinspired micro-nano laminated architecture”为题在Materials & Design (2022, 220,110851)上发表。

在此研究基础上，该团队进一步对工艺参数和层状构型进行定向调控，设计制备了具有超细尺度类贝壳结构的Ti2AlC/TiAl仿生叠层复合材料，在保证较高强度的同时，其塑性优于绝大多数TiAl合金和TiAl基复合材料。利用先进的微柱压缩、高分辨电镜和原子尺度模拟等手段揭示了复合材料优异的强塑性来源于柔性陶瓷Ti2AlC、仿生叠层构型和高密度异质界面的协同作用。相关研究以“Superior strength-plasticity synergy in a heterogeneous lamellar Ti2AlC/TiAl composite with unique interfacial microstructure”为题在Journal of Materials Science & Technology (2023,159,21-32)上发表。本研究为开发新一代航空发动机用高强韧TiAl基复合材料提供了理论依据和技术支撑。

通讯员/韩超