中國(guó)粉體網(wǎng)訊 先進(jìn)陶瓷材料由于其低密度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能在諸多戰(zhàn)略領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。然而，陶瓷的本征脆性問(wèn)題直接導(dǎo)致了其在服役過(guò)程中可靠性差，嚴(yán)重制約了陶瓷材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。陶瓷脆性的本質(zhì)主要由化學(xué)鍵性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)所決定，在陶瓷中缺少獨(dú)立的滑移系，材料一旦處于受力狀態(tài)就難以通過(guò)滑移所引起的塑性形變來(lái)松弛應(yīng)力。從顯微結(jié)構(gòu)上看，脆性的根源在于微裂紋的存在，易于引起應(yīng)力高度集中，繼而微裂紋擴(kuò)展以致斷裂。
因此，陶瓷材料增韌和增塑一直是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題和前沿技術(shù)，也是難度最大、最具挑戰(zhàn)性的課題之一。北京科技大學(xué)陳克新研究團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)具有室溫塑性的特種陶瓷材料。2022年，該團(tuán)隊(duì)成功在共價(jià)鍵氮化硅陶瓷中實(shí)現(xiàn)了室溫壓縮塑性，其壓縮形變量高達(dá)20%，同時(shí)壓縮強(qiáng)度提高至原來(lái)的2.3倍（~11GPa），實(shí)現(xiàn)了陶瓷材料強(qiáng)度與塑性的協(xié)同提升。相對(duì)于壓縮塑性，陶瓷的拉伸塑性變形更具挑戰(zhàn)性。
在金屬材料中，位錯(cuò)的存在可以使其發(fā)生塑性變形。但是，陶瓷材料中的離子鍵/共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的鍵合強(qiáng)度和各向異性，使得陶瓷內(nèi)的位錯(cuò)形核能極高，難以提供相應(yīng)的滑移體系。因此，通常情況在陶瓷內(nèi)產(chǎn)生位錯(cuò)并發(fā)生塑性變形之前，就已經(jīng)發(fā)生了斷裂失效。如何改善陶瓷材料的塑性，是結(jié)構(gòu)材料和功能材料領(lǐng)域最核心且最具挑戰(zhàn)性的課題之一。
7月26日，國(guó)際高水平期刊《Science》刊發(fā)了北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王金淑教授科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京科技大學(xué)陳克新教授以及香港大學(xué)黃明欣教授研發(fā)的科研成果《Borrowed dislocations for ductility in ceramics》。該項(xiàng)研究成果為世界上首次實(shí)現(xiàn)陶瓷的室溫拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可達(dá)39.9%，強(qiáng)度約為2.3 GPa。這是北京工業(yè)大學(xué)又一篇以第一作者單位在《Science》期刊上發(fā)表的論文，標(biāo)志著學(xué)校在材料領(lǐng)域取得重要科研進(jìn)展。
王金淑教授聯(lián)合北京科技大學(xué)陳克新教授以及香港大學(xué)黃明欣教授，首創(chuàng)性地提出了一種“借位錯(cuò)”策略，即通過(guò)構(gòu)建金屬-陶瓷有序鍵合界面，成功實(shí)現(xiàn)了金屬和陶瓷之間位錯(cuò)的傳輸（借位錯(cuò)），克服了陶瓷自身位錯(cuò)難以形成的難點(diǎn)。
與金屬M(fèi)o具有有序界面結(jié)構(gòu)的La2O3陶瓷可成功從金屬中“借位錯(cuò)”，從而首次展示出高達(dá)39.9%的室溫拉伸變形
研究人員在Mo金屬和La2O3陶瓷之間設(shè)計(jì)了一種有序結(jié)合的共格界面，二者之間的強(qiáng)化學(xué)鍵結(jié)合方式有效提高了界面強(qiáng)度，同時(shí)還保證了金屬-陶瓷之間晶格的連續(xù)性，使陶瓷可以源源不斷地向金屬“借”位錯(cuò)，因此可以實(shí)現(xiàn)在室溫下陶瓷內(nèi)位錯(cuò)的大量增殖和滑移，在相同變形量后陶瓷內(nèi)位錯(cuò)密度與金屬內(nèi)位錯(cuò)密度值相當(dāng)，從而實(shí)現(xiàn)了陶瓷像金屬一樣的拉伸塑性，打破了陶瓷不可能具有拉伸塑性的傳統(tǒng)認(rèn)知。
來(lái)源：北京工業(yè)大學(xué)、新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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