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　　據(jù)介紹，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。因此，陶瓷材料增韌和增塑的研究一直是該領(lǐng)域難度最大、最具挑戰(zhàn)性的課題之一。

　　陳克新研究團(tuán)隊(duì)一直致力于塑性陶瓷方面的研究，曾成功實(shí)現(xiàn)了共價(jià)鍵氮化硅陶瓷的室溫壓縮塑性，使得陶瓷的形變量高達(dá)20%，將其壓縮強(qiáng)度提高至原來的2.3倍，相關(guān)成果于2022年發(fā)表于《科學(xué)》。

　　近日，陳克新研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)陶瓷壓縮塑性的基礎(chǔ)上，與合作者首創(chuàng)性地提出了向金屬“借位錯(cuò)”的策略，進(jìn)一步實(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2.3GPa，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。

　　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，陶瓷材料在產(chǎn)生位錯(cuò)并發(fā)生塑性變形前，就已經(jīng)早早發(fā)生了斷裂失效。

　　針對(duì)這一難點(diǎn)，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)傳遞的勢壘，使金屬位錯(cuò)可以輕松地“借”到陶瓷內(nèi)部。這種有序界面可以實(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。