中國粉體網訊  氮化硅是一百多年前就已經發(fā)現的氮和硅的化合物，最早在德國合成，20世紀50年代才開始有應用。氮化硅陶瓷作為一種高溫結構陶瓷，具有強度高、抗熱震穩(wěn)定性好(在空氣中加熱至1000℃以上，再急劇驟冷急劇加熱也不會碎裂)、高溫蠕變小、耐磨、優(yōu)良的抗氧化性和化學穩(wěn)定性高等特點，被認為是目前綜合性能最好的結構陶瓷材料，已被廣泛應用于冶金、宇航、能源、機械、軍事技術、光學和玻璃工業(yè)等領域。

雖然氮化硅具有良好的性能，但是它也具有陶瓷的共性——脆性高。Si₃N₄是強共價鍵化合物，具有高的原子結合強度，表現出優(yōu)異的綜合性能的同時，由于共價鍵具有方向性和飽和性，由共價鍵組成的Si₃N₄陶瓷滑移系很少，通常在產生滑移前就發(fā)生斷裂，導致Si₃N₄陶瓷表現出明顯的脆性特點。歷來，相關研究者對氮化硅陶瓷的韌性展開了大量的研究，并總結出一些增韌手段，如顆粒彌散增韌、晶須或纖維增韌、相變增韌和自增韌等。

既然強共價鍵是阻止Si₃N₄陶瓷滑移位錯的“罪魁禍首”，能不能以此為突破口展開對其可塑形變的研究呢？近日，清華大學傳來好消息，該校研究團隊基于國家自然科學基金委陳克新研究員提出的原創(chuàng)性學術思想，在共價鍵氮化硅陶瓷材料中設計共格界面，通過“共價鍵斷裂-旋轉-再鍵合”方式來實現類似金屬中的位錯運動，使得氮化硅陶瓷表現出前所未有的高達20%的室溫壓縮塑性形變，同時其壓縮強度提高至原來的2.3倍（~11GPa）。這種強度與塑性應變的同時提升，在陶瓷材料中殊為少見。

具有不同比例共格界面的多晶Si₃N₄納米柱的力學行為

相關結果于10月28日發(fā)表在Science期刊上，標題為Plastic deformation in silicon nitride ceramics via bond switching at coherent interfaces（基于共格界面鍵切換機制實現氮化硅陶瓷塑性變形）。該研究成果被Science選為Research Highlights，編輯以“逐步終結斷裂”為題予以亮點介紹。Science同期還發(fā)表了針對該研究成果的Perspective文章，文章指出，陶瓷如能實現塑性，將成為比目前性能最好的合金還要更輕、更強的材料，但陶瓷塑性非常罕見；該研究通過獨特的結構設計和新的相變機制，在氮化硅中實現了室溫塑性。這也為實現其他可變形陶瓷的夢想提供了可行途徑。

該論文的唯一通訊作者為陳克新研究員，共同第一作者為清華大學的張杰、劉光華、崔巍，中科院物理所杜世萱研究員等為合作作者。清華大學材料學院為論文的第一完成單位。

信息來源：清華大學、兩江科技評論

（中國粉體網編輯整理/山川）

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