向金屬“借位錯”，陶瓷變得可拉伸

　　北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室研究團隊聯合北京工業大學教授王金淑團隊、香港大學教授黃明欣，首次提出向金屬“借位錯”的策略，實現了陶瓷的大變形拉伸塑性，陶瓷的拉伸形變量可達39.9%，強度約為2.3 GPa，顛覆了人們關于“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的一貫認知。7月26日，相關研究成果以《借位錯實現陶瓷拉伸塑性變形》為題，發表在《科學》上。

　　 具有有序界面結構的La2O3陶瓷可成功從金屬中“借”位錯，并成功實現陶瓷的拉伸和彎曲變形。課題組供圖

　　先進陶瓷材料因具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高、密度低等優異性能，已成為許多高新技術領域發展的關鍵材料。但是陶瓷材料本征脆性引發的可靠性差，嚴重制約了陶瓷材料的進一步發展。陶瓷材料增韌和增塑的研究一直是該領域的核心內容和前沿技術，也是難度最大、最具挑戰性的課題之一。

　　眾所周知，陶瓷材料很難像金屬一樣產生塑性變形，這是由陶瓷材料的化學鍵屬性決定的。由于極強的離子鍵或共價鍵特性，使得陶瓷內的位錯形核能極高。因此，通常情況是在陶瓷材料內產生位錯并發生塑性變形之前，就已經早早地發生了斷裂失效。

　　針對這一難點，研究團隊首創性地提出了一種“借位錯”思想，即如果將金屬中的位錯“借”給陶瓷，那么就可以有效地克服陶瓷中位錯形核難的問題。一旦陶瓷內存在大量的位錯滑動，那么陶瓷就有可能像金屬一樣具有塑性。但是，金屬位錯在遷移到金屬-陶瓷相界面處時通常會在界面處釘扎聚集，因此金屬位錯很難成功地被“借”到陶瓷內部。大量的金屬位錯塞積反而會導致金屬-陶瓷界面的開裂，加速材料的失效。為此，研究團隊在金屬和陶瓷之間設計了一種有序結合的共格界面，該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。

　　與此同時，該有序界面還保證了金屬-陶瓷晶面的連續性，該種連續的晶面可以有效降低位錯傳遞的勢壘，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可以實現金屬位錯源源不斷地向陶瓷內傳遞，從而使“借位錯”的陶瓷具有了像金屬一樣的拉伸塑性。