中国粉体网讯 先进陶瓷材料由于其低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能在诸多战略领域中有着重要应用。然而，陶瓷的本征脆性问题直接导致了其在服役过程中可靠性差，严重制约了陶瓷材料的进一步发展和应用。陶瓷脆性的本质主要由化学键性质和晶体结构所决定，在陶瓷中缺少独立的滑移系，材料一旦处于受力状态就难以通过滑移所引起的塑性形变来松弛应力。从显微结构上看，脆性的根源在于微裂纹的存在，易于引起应力高度集中，继而微裂纹扩展以致断裂。
因此，陶瓷材料增韧和增塑一直是该领域的关键问题和前沿技术，也是难度最大、最具挑战性的课题之一。北京科技大学陈克新研究团队多年来一直致力于开发具有室温塑性的特种陶瓷材料。2022年，该团队成功在共价键氮化硅陶瓷中实现了室温压缩塑性，其压缩形变量高达20%，同时压缩强度提高至原来的2.3倍（~11GPa），实现了陶瓷材料强度与塑性的协同提升。相对于压缩塑性，陶瓷的拉伸塑性变形更具挑战性。
在金属材料中，位错的存在可以使其发生塑性变形。但是，陶瓷材料中的离子键/共价键具有很强的键合强度和各向异性，使得陶瓷内的位错形核能极高，难以提供相应的滑移体系。因此，通常情况在陶瓷内产生位错并发生塑性变形之前，就已经发生了断裂失效。如何改善陶瓷材料的塑性，是结构材料和功能材料领域最核心且最具挑战性的课题之一。
7月26日，国际高水平期刊《Science》刊发了北京工业大学材料科学与工程学院王金淑教授科研团队联合北京科技大学陈克新教授以及香港大学黄明欣教授研发的科研成果《Borrowed dislocations for ductility in ceramics》。该项研究成果为世界上首次实现陶瓷的室温拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可达39.9%，强度约为2.3 GPa。这是北京工业大学又一篇以第一作者单位在《Science》期刊上发表的论文，标志着学校在材料领域取得重要科研进展。
王金淑教授联合北京科技大学陈克新教授以及香港大学黄明欣教授，首创性地提出了一种“借位错”策略，即通过构建金属-陶瓷有序键合界面，成功实现了金属和陶瓷之间位错的传输（借位错），克服了陶瓷自身位错难以形成的难点。
与金属Mo具有有序界面结构的La2O3陶瓷可成功从金属中“借位错”，从而首次展示出高达39.9%的室温拉伸变形
研究人员在Mo金属和La2O3陶瓷之间设计了一种有序结合的共格界面，二者之间的强化学键结合方式有效提高了界面强度，同时还保证了金属-陶瓷之间晶格的连续性，使陶瓷可以源源不断地向金属“借”位错，因此可以实现在室温下陶瓷内位错的大量增殖和滑移，在相同变形量后陶瓷内位错密度与金属内位错密度值相当，从而实现了陶瓷像金属一样的拉伸塑性，打破了陶瓷不可能具有拉伸塑性的传统认知。
来源：北京工业大学、新金属材料国家重点实验室
（中国粉体网编辑整理/空青）
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