木陶瓷/金属复合材料——一种“绿色”新材料

木陶瓷(woodceramics)是一种利用木质材料浸渍酚醛树脂，在真空(或氮气保护)下高温烧结而成的新型多孔碳材料。木材是一种可再生的、天然多孔性高分子材料，其优异的结构形态为陶瓷基复合材料提供了成型的骨架。废纸、废木材、废竹材、果壳、甘蔗渣、稻壳等都可作为其原料，加工副产物可用于土壤改良。因此，木陶瓷被认为是一种环境友好的新型陶瓷材料。

木陶瓷在力学、热学、电磁学和摩擦学等方面具有特殊的性能，可望成为某些不可再生材料的理想替代品。比如，木陶瓷具有导电性，呈现半导体特征，其多孔性结构使它能够散射和吸收电磁波辐射，具有很低的电磁波反射率，所以可以作为一种优良的电磁屏蔽材料。另外，木陶瓷不仅耐磨性好，而且有很好的自润滑作用，可以用做轮胎防滑钉、电机的碳刷、汽车刹车材料、轴承、轴瓦等。

然而，由于木质材料在绝氧碳化后转化为多孔的软质无定形碳，浸渍的热固性树脂生成了硬质的玻璃碳，该材料的力学性能(强度、韧性)、高温抗氧化性、导热和导电性能较差，阻碍了其应用。

由于木陶瓷继承了生物组织互相贯通的孔隙结构特性，为进一步的改性处理提供了碳模板。以木陶瓷为模板，把具有可塑性、导热性、导电性的金属材料(如Al、Mg、Cu等)浸入到脆性大的木陶瓷生物组织互相贯通的孔隙中，获得一种具有两相或多相互穿网络结构的木陶瓷/金属复合材料，可以有效提高木陶瓷材料的性能，其中的陶瓷相可以提高材料的耐磨性、耐热性、耐蚀性或强度，并可以降低热膨胀系数和密度，而金属相可以改进材料的韧性、导热性和导电性等。这种复合材料以其良好的力学性能、热学性能、摩擦学性能、阻尼性能等受到了广泛关注，大大拓宽了木陶瓷的应用前景。

木陶瓷-金属复合材料的力学性能有大幅度提高。木陶瓷在高压或高温下浸渍金属，不仅使孔隙中充满韧性金属，而且一些易导致脆性断裂的烧结缺陷(如微裂纹等)也会因韧性金属的浸渍而愈合，从而提高材料的力学性能。基于该材料优良的力学性能，可将其用作机床导轨结构材料、轴承材料等。木陶瓷/金属复合材料继承了木陶瓷独特的摩擦学特性，由于不断脱落碳层的自润滑作用及金属合金的导热作用，其摩擦系数和磨损率低且稳定，可作为汽车离合器中的摩擦轴承、刹车盘和刹车片材料等。复合材料的网络互穿结构在高温时能形成互锁态，有助于增强材料的高温蠕变抗力。木陶瓷/镁合金复合材料可用作航空航天结构材料、汽车构件抗弹防护材料等。

总之，由于木陶瓷骨架的刚性承载作用及金属相的增韧、导热和导电作用，具有比木陶瓷更为独特的力学、抗摩擦磨损、减震和热电学性能。该材料进一步的开发和应用将带来巨大的经济和社会效益。(一员)