北京高校在世界上首次實現了陶瓷的室溫拉伸塑性,打破了“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的傳統認知

摘要：

由北京高校組成的科研團隊首創性地提出了一種“借位錯”思想，使陶瓷像金屬一樣具有拉伸塑性，在世界上首次實現了陶瓷的室溫拉伸塑性。該成果近日在國際期刊《科學》上發表。

26日，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室聯合北京工業大學材料科學與工程學院等，聯合發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、密度低等優異性能，成為許多高新技術領域發展的關鍵材料。然而陶瓷很難像金屬一樣產生塑性變形，嚴重制約了材料的進一步發展應用。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，陶瓷材料內部的位錯形核能極高。這意味著，陶瓷材料內產生位錯并發生塑性變形之前，往往就已經斷裂了。

對此，科研團隊首創性地提出了一種“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計了一種有序結合的界面，通過化學鍵結合的方式，有效地提高了界面的結合強度，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性，使金屬位錯可以輕松地“借”到陶瓷內部。正因為這種有序界面，讓金屬位錯源源不斷地向陶瓷內傳遞，使陶瓷具有了像金屬一樣的拉伸塑性。反復測試顯示，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”的傳統認知。該成果標志著我國在陶瓷材料領域取得了重要科研進展，為陶瓷材料的未來應用帶來了更多可能性。目前，該科研項目已獲國家自然科學基金重點項目支持。

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