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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
向金屬“借位錯”，陶瓷變得可拉伸 已有3人參與
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北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室研究員陳克新團隊聯(lián)合北京工業(yè)大學教授王金淑團隊、香港大學教授黃明欣，首次提出向金屬“借位錯”的策略，實現(xiàn)了陶瓷的大變形拉伸塑性，陶瓷的拉伸形變量可達39.9%，強度約為2.3 GPa，顛覆了人們關(guān)于“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的一貫認知。7月26日，相關(guān)研究成果以《借位錯實現(xiàn)陶瓷拉伸塑性變形》為題，發(fā)表在《科學》上。 具有有序界面結(jié)構(gòu)的La2O3陶瓷可成功從金屬中“借”位錯，并成功實現(xiàn)陶瓷的拉伸和彎曲變形。課題組供圖 先進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，已成為許多高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料。但是陶瓷材料本征脆性引發(fā)的可靠性差，嚴重制約了陶瓷材料的進一步發(fā)展。陶瓷材料增韌和增塑的研究一直是該領(lǐng)域的核心內(nèi)容和前沿技術(shù)，也是難度最大、最具挑戰(zhàn)性的課題之一。 眾所周知，陶瓷材料很難像金屬一樣產(chǎn)生塑性變形，這是由陶瓷材料的化學鍵屬性決定的。由于極強的離子鍵或共價鍵特性，使得陶瓷內(nèi)的位錯形核能極高。因此，通常情況是在陶瓷材料內(nèi)產(chǎn)生位錯并發(fā)生塑性變形之前，就已經(jīng)早早地發(fā)生了斷裂失效。 針對這一難點，陳克新研究團隊首創(chuàng)性地提出了一種“借位錯”思想，即如果將金屬中的位錯“借”給陶瓷，那么就可以有效地克服陶瓷中位錯形核難的問題。一旦陶瓷內(nèi)存在大量的位錯滑動，那么陶瓷就有可能像金屬一樣具有塑性。但是，金屬位錯在遷移到金屬-陶瓷相界面處時通常會在界面處釘扎聚集，因此金屬位錯很難成功地被“借”到陶瓷內(nèi)部。大量的金屬位錯塞積反而會導(dǎo)致金屬-陶瓷界面的開裂，加速材料的失效。為此，研究團隊在金屬和陶瓷之間設(shè)計了一種有序結(jié)合的共格界面，該界面通過化學鍵結(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。 與此同時，該有序界面還保證了金屬-陶瓷晶面的連續(xù)性，該種連續(xù)的晶面可以有效降低位錯傳遞的勢壘，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可以實現(xiàn)金屬位錯源源不斷地向陶瓷內(nèi)傳遞，從而使“借位錯”的陶瓷具有了像金屬一樣的拉伸塑性。 相關(guān)論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp0559 |
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