由北京高校組成的科研團隊首創(chuàng)性地提出了一種“借位錯”思想，使陶瓷像金屬一樣具有拉伸塑性，在世界上首次實現(xiàn)了陶瓷的室溫拉伸塑性。該成果近日在國際期刊《科學(xué)》上發(fā)表。
26日，北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院等，聯(lián)合發(fā)布了這一重大科研突破。課題組介紹，陶瓷材料因具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高、密度低等優(yōu)異性能，成為許多高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料。然而陶瓷很難像金屬一樣產(chǎn)生塑性變形，嚴重制約了材料的進一步發(fā)展應(yīng)用。北科大新金屬材料國家重點實驗室研究員陳克新解釋，由于極強的離子鍵或共價鍵特性，陶瓷材料內(nèi)部的位錯形核能極高。這意味著，陶瓷材料內(nèi)產(chǎn)生位錯并發(fā)生塑性變形之前，往往就已經(jīng)斷裂了。
對此，科研團隊首創(chuàng)性地提出了一種“借位錯”思想：如果將金屬中的位錯“借”給陶瓷，陶瓷就有可能像金屬一樣具有塑性。于是，他們在金屬和陶瓷之間設(shè)計了一種有序結(jié)合的界面，通過化學(xué)鍵結(jié)合的方式，有效地提高了界面的結(jié)合強度，從而確保界面不開裂。該有序界面還保證了金屬和陶瓷晶面的連續(xù)性，使金屬位錯可以輕松地“借”到陶瓷內(nèi)部。正因為這種有序界面，讓金屬位錯源源不斷地向陶瓷內(nèi)傳遞，使陶瓷具有了像金屬一樣的拉伸塑性。
反復(fù)測試顯示，通過該策略，陶瓷的拉伸形變量可達39.9%，強度約為2300Mpa（兆帕斯卡），打破了“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的傳統(tǒng)認知。該成果標志著我國在陶瓷材料領(lǐng)域取得了重要科研進展，為陶瓷材料的未來應(yīng)用帶來了更多可能性。目前，該科研項目已獲國家自然科學(xué)基金重點項目支持。