贝壳仿生陶瓷刀具材料制备与力学性能研究

以Al_(2)O_(3)-(W,Ti)C为基体层,Al_(2)O_(3)-TiC为夹层,采用热压烧结工艺制备了力学性能较好的贝壳仿生陶瓷刀具材料,对材料的层数、层厚比和界面形状等叠层结构参数进行优化,测试材料的力学性能,并对其微观组织进行分析。分析结果表明,当层数为3、层厚比为3时,材料有较好的综合力学性能。在层间引入不同的界面形状,刀具材料的力学性能相较于无界面形状的刀具材料得到了提高,在所制备的试样中,最佳的断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为7.16MPa·m^(1/2)±0.04MPa·m^(1/2),20.40GPa±0.07GPa和981.72MPa±10.86MPa。

为生活的设计和为神的设计——仿生陶瓷造型设计的两面性研究

造型是器物功能的载体。仿生陶瓷造型设计的功能内容表现为对设计目的和设计对象的把握,包括了为生活的设计和为神的设计的两个维度。为生活设计的仿生陶瓷造型有"乐生"的情感性因素和热爱生活的审美情怀。为神设计的仿生陶瓷造型体现为"视死如生"的生命关怀,表现为仿生陶瓷造型中的宗教信仰和"天人合一"的哲学思想。仿生陶瓷造型设计的两面性特征有助于提升对造物文化内涵的了解和对陶瓷产品设计功能的把握。

传统仿生陶瓷动物造型之美

该文作者以传统陶瓷仿生器物造型为研究对象,归纳传统陶瓷造型的发展脉络,通过分析中国传统陶瓷动物仿生造型,总结传统仿生陶瓷动物造型的审美特点,体会其带给人们的审美情感。人类对工艺美术品的认知来源于自然,陶瓷仿生动物造型具有独特的美学特点。该文探索陶瓷仿生动物造型的社会功能,阐述陶瓷仿生动物造型的设计原则,以期为今后的陶瓷创意设计提供丰富的设计典范和坚实的理论基础。

我国提出增强仿生陶瓷韧性的新方法

中国科学技术大学俞书宏院士课题组茅瓅波副研究员等人,从生物矿物的残余应力增强机制中获得启发,提出一种新的仿生增韧方法,可显著提升仿珍珠母陶瓷的韧性,韧性放大系数达16.1±1.1,优于最先进的仿生陶瓷。相关成果日前发表于《先进材料》,对于先进陶瓷材料设计和制造具有重要指导意义。

竹节仿生陶瓷花器作品

作品简介:竹节仿生陶瓷花器设计,手工拉坯成型,由气窑工艺烧制,经典仿生器型,源于自然、亲近自然,成就生活朴实之美。

仿生多孔陶瓷材料的制备工艺方法分析

由于仿生多孔陶瓷属于环境友好型材料且具有优异的力热电特性,成为研究的热点。从原料成分、成型方法和烧结条件阐述国内外仿生多孔陶瓷材料的研究状况,分析各种制备技术的优缺点,并对仿生多孔陶瓷材料可能的研究方向进行展望。

“自然”艺术观在宋代陶瓷仿生造型上的体现

"自然"的哲学观是在老庄重天性、轻人为的自然哲学观影响下,艺术作品中所具有的自然而然,崇尚审美自性的艺术观念。陶瓷造型艺术作为造型艺术的一种,也体现了这种艺术观念,这种体现集中表现为仿生形态的陶瓷造型。本文就自然艺术观在陶瓷仿生造型上体现的方式,进行了初步的探讨。

仿生理念在陶瓷设计中的应用

在陶瓷设计领域,仿生设计理念是一种重要的思维方式。"感性消费"的需求在工业文明高度发达的今天广受推崇,仿生理念应用的意义即在于将自然元素引入设计中,引起消费者的心理共鸣;同时仿生设计的理念作为自然界与人类设计创作活动的契合点,更为设计师带来了无尽的灵感与创意。将自然元素融入到陶瓷设计中,需要设计师运用独特的思维方法进行创作,其中包括了仿生理念在设计中的应用。仿生设计是一个由繁而简、从具象到抽象的设计过程,它体现了设计师观察、提炼、引申的综合能力。本文从形态仿生的概念、产品要素、简化理论的应用等方面,援引相关案例,分析并总结了设计师在陶瓷设计过程中运用仿生理念的步骤、方法及意义所在。

仿生双相陶瓷生物活性骨应用于节段性骨缺损修复

背景:生物陶瓷具有理想的孔径及高的孔隙率、通孔率,能为骨修复细胞提供了理想的生理活动空间,可明显提高骨传导性。目的:探索仿生双相陶瓷生物活性骨在阶段性骨缺损修复中的骨传导性和骨诱导性。方法:将20只新西兰白兔随机等分为生物活性玻璃组和仿生双相陶瓷生物活性骨组,均构建动物桡骨损伤模型后,分别予以生物活性玻璃修复和仿生双相陶瓷生物活性骨修复。结果与结论:造模后4周仿生双相陶瓷生物活性骨组经扫描电镜观察已经形成较为致密的骨膜样组织;造模后8周,形成密集结合部,经观察基本不存在明显的裂隙;造模后12周,完全成骨分界已经模糊不清,呈现出自然的过渡情况,且结合部十分密集,存在数量较多的新生骨组织,骨小梁呈规则状态,且连接成片,且骨材料大部分已经降解,骨组缺损得到完全修复,密度与正常骨十分接近。造模后8周生物活性玻璃组经观察,结合部位存在明显裂隙;造模后12周观察,裂隙已出现连接,但较之仿生双相陶瓷生物活性骨组结合不够紧密,骨缺损得到初步修复,可见数量较少的新生骨组织,形成骨小梁,但无法连接或者贯通,未出现明显骨髓腔再通,可见少量连续性骨痂通过断端。表明仿生双相陶瓷生物活性骨修复节段性骨缺损具有良好的骨传导性、骨诱导性及生物相容性。

仿生SiC陶瓷材料的制备和性能

仿生SiC陶瓷材料是一种新兴的环境友好材料,因其具有密度低、强度高、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化和生物相容性好等优点,在机械、化工、催化、生物医学等领域都有着广阔的应用前景。就仿生SiC陶瓷材料的多种制备工艺和其机械性能、热性能、电性能、生物相容性等进行了综述,并对其存在的问题进行了分析,对其发展趋势进行了展望。

两种仿生双相陶瓷生物骨的异位成骨作用

目的:将复合胶原、骨形态发生蛋白后的双相陶瓷生物骨支架材料异位肌袋内植入,观察新骨形成能力。方法:实验于2004-10/2005-10在第四军医大学全军骨科研究所及青岛医学院中心实验室完成。选择成年健康日本大耳兔32只,随机数字表法分为生物活性骨组和生物骨组,每组16只。将双相陶瓷生物骨支架材料分别与胶原、骨形态发生蛋白复合,制得仿生双相陶瓷生物骨和仿生双相陶瓷生物活性骨,将两种材料分别植入生物活性骨组和生物骨组兔股部肌袋内,分别于术后第2,4,8,12周取材,进行植入材料的大体观察,组织切片分别做苏木精-伊红染色、Masson染色。结果:纳入兔32只,均进入结果分析。①大体观察:生物活性骨组和生物骨组术后2周时,材料表面均形成薄层结缔组织包膜,包膜内形成新生的血管网;术后4,6,8周时生物活性骨组包膜内血管网及白色骨样组织生成多于生物骨组。②两组兔骨组织染色观察:生物活性骨组术后2周苏木精-伊红染色可见材料表面及孔隙有大量纤维结缔组织,毛细血管丰富,未见骨形成;术后8周Masson染色可见散在分布的类骨质,散在的蓝色组织为新生骨;术后12周苏木精-伊红染色可见材料边缘可见膜内成骨结构,可见排列成行的成骨细胞,新生骨胶原纤维排列稍紊乱,骨细胞及骨陷窝明显。生物骨组术后12周Masson染色材料边缘可见有蓝色网状分布的胶原纤维,无骨形成。结论:两种材料肌袋植入后生物相容性好,仿生双相陶瓷生物活性骨具有异位成骨能力,仿生双相陶瓷生物骨无骨诱导作用。

两种仿生双相陶瓷生物骨修复节段性骨缺损

背景:国外已有将天然牛骨用理化方法处理后制得的天然生物骨衍生产品问世,尚未见用猪椎骨制备的报道。既往实验证实了以猪椎骨为原料制得仿生双相陶瓷生物活性骨有骨诱导性。目的:将仿生双相陶瓷生物骨和仿生双相陶瓷生物活性骨移植于兔桡骨缺损处,确定双相陶瓷支架材料修复节段骨缺损的可能性。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2004-10/2005-10在解放军第四军医大学全军骨科研究所及青岛医学院中心实验室完成。材料:双相陶瓷生物骨由猪椎骨经复合焦磷酸钠两次低温煅烧后制得,主要由羟基磷灰石和磷酸三钙组成,将材料制成0.3cm×0.3cm×1.5cm大小,与Ⅰ型胶原复合制得仿生双相陶瓷生物骨。将骨形态发生蛋白溶液与Ⅰ型胶原溶液混合,然后与双相陶瓷生物骨复合制得仿生双相陶瓷生物活性骨。方法:选择成年健康日本大耳兔48只,随机数字表法分为生物活性骨组,生物骨组及空白对照组,每组16只。在兔双侧桡骨造成15mm缺损,骨缺损处分别植入仿生双相陶瓷生物活性骨和仿生双相陶瓷生物骨,空白对照组不做移植修复。主要观察指标:分别于术后第2,4,8,12周取材,进行植入材料的大体观察,组织切片分别做苏木精-伊红染色、Masson染色。结果:①大体观察:生物活性骨组和生物骨组术后2周时无明显差别,材料与骨床间为纤维组织连接。4周及8周可见生物活性骨组断端周围新生骨痂较多,将材料包绕,12周时可见材料部分吸收,新生骨长入,修复段塑型较好,基本接近宿主骨外形。12周时,生物骨组仅在骨折端有少量骨痂连接。空白对照组骨折端为纤维结缔组织,骨缺损不能修复。②骨组织染色观察:生物活性骨组和生物骨组术后2周时无明显差别,材料与骨床间为纤维组织连接。术后4,8周,生物活性骨组有更多的血管和纤维组织长入材料,新骨形成逐渐增多,材料与骨床间为骨性连接。术后12周生物活性骨组材料降解增多,新生骨组织与两端骨床融合成一体,有骨髓样结构形成。空白对照组12周时骨折端吸收,硬化,封闭。结论:仿生双相陶瓷生物活性骨有较好的骨传导性和骨诱导性,又有一定的可吸收性,植入动物体内后未见明显免疫反应,修复节段骨缺损作用明显,应用双相陶瓷支架材料修复骨缺损具有较好的前景。

冷冻铸造技术制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料研究进展

贝壳珍珠层是一种天然的层状结构复合材料,类似"砖和泥"的软硬相交替的层状分级组装结构赋予其优良的力学性能。通过对贝壳的珍珠层进行仿生研究,人们已利用不同技术如冷冻铸造技术等,制备了一系列仿生高强超韧层状复合材料,并且这些材料在航空航天、军事、民用及机械工程等领域表现出广阔的应用前景。首先介绍了贝壳珍珠层的结构性能,并对其断裂机制进行了阐述;然后综合介绍了冷冻铸造技术的发展历程、作用机理、控制因素、装置设计和总体工艺流程。在此基础上,对制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料的表观密度、多孔陶瓷的孔隙率进行介绍,综述了多孔陶瓷的性能、陶瓷/金属层状结构复合材料以及陶瓷/聚合物层状结构复合材料的特点和应用,最后分析和总结了在研究仿贝壳层状结构陶瓷复合材料过程中出现的问题,并对该复合材料的未来发展趋势做了一定的预测。

新型陶瓷材料的特性与技术发展

综述了新型陶瓷材料的分类、特性及需求,阐述了其在航空航天、汽车、轴承、军事等方面的应用,着重探讨了新型陶瓷材料研究近况与发展趋势。

浅析科拉尼的自然主义设计观及在其陶瓷设计中的运用

卢吉·科拉尼是20世纪提倡自然主义设计观的先驱。研究其设计观有利于摆脱功能主义束缚,创造更人性化、趣味化的产品,为未来的设计提供新的发展方向。通过分析其设计观的产生、发展、升华及在陶瓷设计中的运用,可总结出科拉尼自然主义设计观的内容与内涵。科拉尼的自然主义设计观是将空气动力学、仿生学、人机工程学、材料工艺技术等领域综合知识的有机结合,从而产生的人性化设计方法与理念。更是符合中国传统文化中"天人合一、崇尚自然"哲学思想的设计哲学。

SiC/C层状复合材料的烧结工艺及其对性能的影响

通过对SiC/C层状复合材料烧结工艺的系统研究,得出该材料在烧结助剂质量分数为2%Al2O3、6%Y2O3,烧结温度1900℃,保温1h,加压30MPa的烧结工艺较为合理。复合材料较块体SiC断裂韧度提高了74.5%,其断裂方式呈现出“假塑性”,层状复合陶瓷的增韧机制主要是由于弱夹层的存在引起裂纹偏转、分支、止住而吸收能量。

大有可为的仿生材料学

美国戴顿研究所正在研究甲壳虫是如何将糖及蛋白质转化成为质轻然而强度很高的坚硬的外壳;华盛顿大学的研究人员正在试图揭示蜘蛛吐出的水溶蛋白质是如何变成不可溶的丝,而丝的强度竟比防弹背心材料还要坚韧;普林斯顿大学的科学家们正在探索鲍鱼(古称石决明)是如何将海水中的白垩(碳化钙)结晶,并将其转化成强度两倍于高级陶瓷的贝壳。此外,自然界中还有许许多多具有神奇功能的普通物质,例如锋利的鼠牙竟可以咬透金属罐头盒;