6月7日，應用物理快報發表了日本筑波大學研究人員對氧化鋯陶瓷相變增韌的研究成果，通過相變增韌描述了晶體結構變化可以降低裂紋驅動力的過程，并且證明了時間分辨 X 射線衍射方法在研究斷裂動力學方面的巨大潛力。該研究以“Visualization of transformation toughening of zirconia ceramics during dynamic fracture”為題發表。

先進陶瓷以其高強高韌廣泛用于從航空航天到生物醫學等各個行業，強化并提升其安全可靠性是非常重要的研究領域。當前的研究方法是，施加載荷時原位觀察材料中裂紋的形成，這些特寫分析可以以快速分辨率捕獲非常小范圍內的變化，提供清晰的裂縫圖片以及材料如何通過增韌來抵抗它們。但是，陶瓷材料的相變增韌與它們在原子水平上的排列變化有關，使用現有技術是看不到的。獲得晶體結構中這種轉變的實時圖像對于獲得材料如何響應動態載荷的完整圖像非常重要。

(a）VISAR測量 (b）時間分辨原位XRD測量。

筑波大學的研究人員為此使用時間分辨X 射線（time-resolved X-ray）衍射觀察了釔穩定氧化鋯陶瓷（(Y-TZP）在動態斷裂過程中的相變韌化。Atsushi Kyono 教授解釋，“氧化鋯陶瓷具有高強度和高斷裂韌性，應用廣泛，能更好的了解它，便于繼續優化它。目前，我們并不十分清楚它斷裂過程中的晶體結構變化，因此對其相變增韌的理解就有一些模糊。”

正常情況的Y-TZP具有四方晶體結構，當發生斷裂時，可以檢測到少量單斜晶相。這表明，動態斷裂會推動增韌過程的轉化。研究證明，相變增韌與一種稱為剝落斷裂的過程有關，這有助于深入了解氧化鋯陶瓷的高剝落強度的起源。“除了揭示氧化鋯陶瓷行為的一些根本原因外，我們還證明了我們的方法對晶體結構變化進行原位分析的可行性，”研究第一作者Sota Takagi說。

論文鏈接：地址：https://doi.org/10.1063/5.0044607

編譯 YUXI