中國粉體網(wǎng)訊 近日，美國普渡大學(xué)工程學(xué)院的研究人員開發(fā)并驗(yàn)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(kuò)大陶瓷的工業(yè)應(yīng)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(shí)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(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性在工業(yè)應(yīng)用中占有一席之地。然而，它們的高脆性成為了限制應(yīng)用范圍的主要障礙，為了克服這一難題，科學(xué)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(yù)加載在材料中人為引入大量缺陷——經(jīng)過預(yù)加載處理后，發(fā)現(xiàn)單晶二氧化鈦陶瓷在室溫下可達(dá)到10%的應(yīng)變；單晶氧化鋁陶瓷的應(yīng)變能力也達(dá)到6至7.5%。這些預(yù)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(shí)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(cuò)可以在晶體內(nèi)滑動，從而在一定的應(yīng)力水平下實(shí)現(xiàn)塑性變形。然而，在陶瓷材料中，在室溫下很難使位錯(cuò)成核，因?yàn)樘沾芍械臄嗔褢?yīng)力遠(yuǎn)小于在這種溫度下使位錯(cuò)成核的應(yīng)力。相比之下，金屬材料具有延展性，因?yàn)樗鼈兒苋菀壮珊耍椅诲e(cuò)密度非常高。位錯(cuò)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(cuò)。”
此前，該研究團(tuán)隊(duì)曾用閃速燒結(jié)增強(qiáng)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(kuò)展性。由預(yù)加載缺陷思路為指導(dǎo)，研究團(tuán)隊(duì)引入包括位錯(cuò)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(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的塑性。
隨著高溫預(yù)加載技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，預(yù)計(jì)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(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，并在航空航天、生物醫(yī)療、電子信息等多個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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