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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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[交流]
向金屬“借位錯(cuò)”，陶瓷變得可拉伸 已有3人參與
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北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陳克新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)教授王金淑團(tuán)隊(duì)、香港大學(xué)教授黃明欣，首次提出向金屬“借位錯(cuò)”的策略，實(shí)現(xiàn)了陶瓷的大變形拉伸塑性，陶瓷的拉伸形變量可達(dá)39.9%，強(qiáng)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(rèn)知。7月26日，相關(guān)研究成果以《借位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)陶瓷拉伸塑性變形》為題，發(fā)表在《科學(xué)》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(cuò)，并成功實(shí)現(xiàn)陶瓷的拉伸和彎曲變形。課題組供圖 先進(jìn)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(yán)重制約了陶瓷材料的進(jìn)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(xué)鍵屬性決定的。由于極強(qiáng)的離子鍵或共價(jià)鍵特性，使得陶瓷內(nèi)的位錯(cuò)形核能極高。因此，通常情況是在陶瓷材料內(nèi)產(chǎn)生位錯(cuò)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(duì)這一難點(diǎn)，陳克新研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)性地提出了一種“借位錯(cuò)”思想，即如果將金屬中的位錯(cuò)“借”給陶瓷，那么就可以有效地克服陶瓷中位錯(cuò)形核難的問(wèn)題。一旦陶瓷內(nèi)存在大量的位錯(cuò)滑動(dòng)，那么陶瓷就有可能像金屬一樣具有塑性。但是，金屬位錯(cuò)在遷移到金屬-陶瓷相界面處時(shí)通常會(huì)在界面處釘扎聚集，因此金屬位錯(cuò)很難成功地被“借”到陶瓷內(nèi)部。大量的金屬位錯(cuò)塞積反而會(huì)導(dǎo)致金屬-陶瓷界面的開(kāi)裂，加速材料的失效。為此，研究團(tuán)隊(duì)在金屬和陶瓷之間設(shè)計(jì)了一種有序結(jié)合的共格界面，該界面通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合的方式，有效地提高了界面的結(jié)合強(qiáng)度，從而確保界面不開(kāi)裂。 與此同時(shí)，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(cuò)傳遞的勢(shì)壘，使金屬位錯(cuò)可以輕松地“借”到陶瓷內(nèi)部。正因?yàn)檫@種有序界面可以實(shí)現(xiàn)金屬位錯(cuò)源源不斷地向陶瓷內(nèi)傳遞，從而使“借位錯(cuò)”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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