近日，美國普渡大學工程學院的研究人員開發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應用，經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陶瓷室溫塑性方面具有巨大潛力。該研究成果日前發表在Science Advances期刊，論文鏈接：DOI：10.1126/sciadv.adj4079

普渡大學材料工程學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過和未經過預加載處理的對比示意圖

高強度和化學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用。本次研究是通過在高溫下預加載在材料中人為引入大量缺陷——經過預加載處理后，發現單晶二氧化鈦陶瓷在室溫下可達到10%的應變；單晶氧化鋁陶瓷的應變能力也達到6至7.5%。

研究人員表示，“位錯可以在晶體內滑動，從而在一定的應力水平下實現塑性變形。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力遠小于在這種溫度下使位錯成核的應力。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增強釔穩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。由預加載缺陷思路為指導，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相當大的塑性。

編譯整理 YUXI