近日，美國普渡大學(xué)工程學(xué)院的研究人員開發(fā)并驗證了一種正在申請專利的方法，該方法可以通過使陶瓷在室溫下更具塑性變形來擴大陶瓷的工業(yè)應(yīng)用，經(jīng)過對單晶二氧化鈦和單晶氧化鋁陶瓷的測試，表明該方法對于實現(xiàn)陶瓷室溫塑性方面具有巨大潛力。該研究成果日前發(fā)表在Science Advances期刊，論文鏈接：DOI：10.1126/sciadv.adj4079

普渡大學(xué)材料工程學(xué)院研究人員通過透射電鏡了解陶瓷材料可塑性

室溫下壓縮的陶瓷微柱在高溫下經(jīng)過和未經(jīng)過預(yù)加載處理的對比示意圖

高強度和化學(xué)惰性的陶瓷材料被廣泛用作工程材料，但其脆性限制了它們的應(yīng)用。本次研究是通過在高溫下預(yù)加載在材料中人為引入大量缺陷——經(jīng)過預(yù)加載處理后，發(fā)現(xiàn)單晶二氧化鈦陶瓷在室溫下可達到10%的應(yīng)變；單晶氧化鋁陶瓷的應(yīng)變能力也達到6至7.5%。

研究人員表示，“位錯可以在晶體內(nèi)滑動，從而在一定的應(yīng)力水平下實現(xiàn)塑性變形。然而，在陶瓷材料中，在室溫下很難使位錯成核，因為陶瓷中的斷裂應(yīng)力遠(yuǎn)小于在這種溫度下使位錯成核的應(yīng)力。相比之下，金屬材料具有延展性，因為它們很容易成核，而且位錯密度非常高。位錯在室溫下在金屬中是可移動的，這大大提高了它們的延展性。因此，提高陶瓷塑性的方法是在開始變形之前在陶瓷中成核大量位錯。”

此前，該研究團隊曾用閃速燒結(jié)增強釔穩(wěn)定氧化鋯等陶瓷材料的塑性，但該方法因其主要用于氧化物陶瓷而缺乏擴展性。由預(yù)加載缺陷思路為指導(dǎo)，研究團隊引入包括位錯和孿晶等高密度缺陷后，測試陶瓷微柱樣品，明確其可在室溫下實現(xiàn)相當(dāng)大的塑性。

編譯整理 YUXI