多晶陶瓷大多是晶體顆粒的混合物，在微觀層面，它們就像是用石灰漿固定在一起的石塊墻壁。與此相似的是，陶瓷漿料的強度決定陶瓷的強度，對應(yīng)的是晶體顆粒結(jié)合在一起的區(qū)域，也被稱為晶界。

過去，許多科學家認為陶瓷中的晶界具有高度穩(wěn)定的化學性質(zhì)。然而，根據(jù)威斯康星大學麥迪遜分校材料科學工程師最近的一項研究，情況并非如此。當材料受到輻射時，碳原子聚集在碳化硅陶瓷的晶界上。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于工程師深入了解陶瓷的特性，并有助于完善一系列新的陶瓷材料。研究結(jié)果將于2020年6月發(fā)表在《自然材料》雜志上。

金屬合金中的偏析現(xiàn)象是指金屬原子可以很容易地混合和分解，因為它們自由地共享電子。當金屬原子受到離子輻射時，金屬中的一些原子會離開原來的位置，向晶界移動；然而，如果不同類型的原子以不同的速度移動，就很容易改變合金的化學性質(zhì)。陶瓷與金屬不同，李子健的結(jié)合力非常強，因此科學家們一直都認為陶瓷不存在偏析現(xiàn)象。然而，威斯康星大學麥迪遜分校材料研究人員在研究碳化硅陶瓷晶界時發(fā)現(xiàn)并非如此。

理論上，碳化硅中的硅和碳原子應(yīng)該一對一配對。但是當研究人員進行模擬成像時，發(fā)現(xiàn)晶界中碳的濃度只有45%。這意味著，碳化硅對輻射引起的偏析也很敏感。研究人員使用離子輻射轟擊靶體，發(fā)現(xiàn)晶界部位在300℃-600℃之間的碳富集。

示意圖：在輻照后，碳化硅中的松散碳原子向晶界移動

輻射迫使一些碳原子離開原位，并在碳化硅中產(chǎn)生一些缺陷，如碳原子出現(xiàn)松散的間隙，這些游離碳轉(zhuǎn)移到晶界并影響了碳化硅陶瓷的理化性質(zhì)。這種現(xiàn)象很難令人置信，并且也很難進行分析。

橡樹嶺實驗室和威斯康星大學麥迪遜分校通過電鏡分析多晶碳化硅后認為，這種現(xiàn)象也會發(fā)生在其他多晶陶瓷中。這意味著輻射引起的偏析是把雙刃劍：一方面它會造成晶界損傷從而降低陶瓷材料性能；一方面它也可以被用于晶界微調(diào)的工具，對碳化硅陶瓷進行模型設(shè)計。

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粉體圈 編譯：YUXI