导语
多孔陶瓷材料在高温过滤、电磁吸收等领域应用前景广阔，但其制备过程中长期面临结构稳定性与功能特性难以兼顾的挑战。近日，清华大学汪长安教授与中国科学院理化技术研究所李江涛研究员团队在《Advanced Functional Materials》上发表重要研究成果。团队开发了一种燃烧驱动快速合成策略，成功制备出多功能多孔Si₃N₄/SiC陶瓷，在保持79%高孔隙率的同时，实现了62.4 MPa抗压强度与4.8 MPa·m^1/2断裂韧性的优异组合，其电磁波吸收性能更是达到了-70.97 dB的反射损耗。该工作为高性能多功能陶瓷材料的开发提供了新的技术路径。
研究亮点
结构创新：实现分级孔结构、亚微米晶粒与纳米石墨碳涂层的多尺度构筑
性能卓越：在79%孔隙率下实现62.4 MPa抗压强度与4.8 MPa·m^1/2断裂韧性
多功能集成：兼具优异热稳定性（>1200°C）与高效电磁波吸收（-70.97 dB）
工艺高效：合成时间仅需40秒，具备低成本、节能优势
图文解析
图1 展示了燃烧驱动合成路径与传统液相烧结的对比，新策略通过自蔓延燃烧波在40秒内完成相变与骨架构建，在79%孔隙率下仅产生3.4%的线性收缩。
图2 的结构表征确认了β-Si₃N₄与β-SiC为主要晶相，材料具备高孔隙率与低密度特性，分级孔结构包括微米级大孔与纳米级介孔。
图3 的微观结构分析揭示了两种典型骨架结构：高长径比β-Si₃N₄柱状晶形成的高连通骨架，以及Si₃N₄–SiC复合骨架，晶粒表面覆盖有石墨碳层与非晶层。
图4 的力学性能测试表明，材料在69.3%孔隙率下展现62.4 MPa抗压强度与4.8 MPa·m^1/2断裂韧性，强韧协同效应显著。
图5 的高温性能验证了材料在1200°C下的结构稳定性与隔热性能，热导率仅为0.67 W·m⁻¹·K⁻¹，经100次热循环后强度保留率达91%。
图6 的电磁性能显示材料在2.3 mm厚度下取得-70.97 dB的最小反射损耗，其异质界面与分级孔结构共同贡献了卓越的吸波能力。
技术支撑
本研究的成功实施依赖于以下核心技术与设备支持：
燃烧合成系统：基于Si-N-C反应体系的自蔓延合成设备，实现快速放热反应与温度精确控制
多尺度表征平台：结合中子粉末衍射、TEM、XPS等先进表征手段
性能测试体系：完备的力学、热学与电磁性能测试平台
工艺优化方案：通过前驱体配比与反应条件精准调控材料结构与性能
该技术路线与先进陶瓷制备、多功能材料开发等领域的技术积累高度契合，为复杂结构陶瓷材料的可控制备提供了重要借鉴。
总结展望
本研究通过燃烧驱动快速合成策略，成功解决了多孔陶瓷材料在结构稳定性与功能集成方面的关键难题，制备出兼具优异力学性能、热稳定性与电磁吸收功能的多孔Si₃N₄/SiC陶瓷。该工作不仅展示了燃烧合成技术在材料制备中的独特优势，也为面向极端环境应用的结构-功能一体化陶瓷材料设计提供了新的思路。未来，该策略有望在更广阔的多功能材料体系中发挥重要作用。
文献信息
Combustion‐Driven Rapid Synthesis of Multifunctional Porous Si₃N₄/SiC Ceramics: Synergistic Strength–Toughness and Electromagnetic Wave Absorption
Advanced Functional Materials, 2025
DOI: 10.1002/adfm.202521617
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