中國粉體網(wǎng)訊  近日，美國普渡大學工程學院的研究人員開發(fā)并驗證了一種正在申請專利的方法，該方法可以通過使陶瓷在室溫下更具塑性變形來擴大陶瓷的工業(yè)應用，經(jīng)過對單晶二氧化鈦和單晶氧化鋁陶瓷的測試，表明該方法對于實現(xiàn)陶瓷室溫塑性方面具有巨大潛力。該研究成果日前發(fā)表在Science Advances期刊。

陶瓷材料以其卓越的機械強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性在工業(yè)應用中占有一席之地。然而，它們的高脆性成為了限制應用范圍的主要障礙，為了克服這一難題，科學家們一直在探索提高陶瓷塑性的方法。此次研究是研究人員通過在高溫下預加載在材料中人為引入大量缺陷——經(jīng)過預加載處理后，發(fā)現(xiàn)單晶二氧化鈦陶瓷在室溫下可達到10%的應變；單晶氧化鋁陶瓷的應變能力也達到6至7.5%。這些預注入的缺陷使得陶瓷在室溫下能夠發(fā)生塑性變形。這些發(fā)現(xiàn)表明缺陷工程在實現(xiàn)陶瓷室溫塑性方面具有巨大的潛力。

在室溫下壓縮的微柱的比較示意圖

在最新的研究中，研究人員表示，“位錯可以在晶體內滑動，從而在一定的應力水平下實現(xiàn)塑性變形。然而，在陶瓷材料中，在室溫下很難使位錯成核，因為陶瓷中的斷裂應力遠小于在這種溫度下使位錯成核的應力。相比之下，金屬材料具有延展性，因為它們很容易成核，而且位錯密度非常高。位錯在室溫下在金屬中是可移動的，這大大提高了它們的延展性。因此，提高陶瓷塑性的方法是在開始變形之前在陶瓷中成核大量位錯�！�

此前，該研究團隊曾用閃速燒結增強釔穩(wěn)定氧化鋯等陶瓷材料的塑性，但該方法因其主要用于氧化物陶瓷而缺乏擴展性。由預加載缺陷思路為指導，研究團隊引入包括位錯和孿晶等高密度缺陷后，測試陶瓷微柱樣品，明確其可在室溫下實現(xiàn)相當大的塑性。

隨著高溫預加載技術的進一步發(fā)展和完善，預計將有更多的高性能陶瓷材料被開發(fā)出來，這將極大地推動材料科學領域的發(fā)展，并在航空航天、生物醫(yī)療、電子信息等多個高技術領域發(fā)揮關鍵作用。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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