中國粉體網(wǎng)訊  氮化硅是一百多年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氮和硅的化合物,，最早在德國合成,，20世紀(jì)50年代才開始有應(yīng)用。氮化硅陶瓷作為一種高溫結(jié)構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性高等特點,，被認(rèn)為是目前綜合性能最好的結(jié)構(gòu)陶瓷材料,，已被廣泛應(yīng)用于冶金、宇航,、能源,、機械、軍事技術(shù),、光學(xué)和玻璃工業(yè)等領(lǐng)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(jié)合強度,，表現(xiàn)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(chǎn)生滑移前就發(fā)生斷裂，導(dǎo)致Si₃N₄陶瓷表現(xiàn)出明顯的脆性特點,。歷來,，相關(guān)研究者對氮化硅陶瓷的韌性展開了大量的研究，并總結(jié)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?zhǔn)住�,，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(xué)傳來好消息,，該校研究團隊基于國家自然科學(xué)基金委陳克新研究員提出的原創(chuàng)性學(xué)術(shù)思想，在共價鍵氮化硅陶瓷材料中設(shè)計共格界面,，通過“共價鍵斷裂-旋轉(zhuǎn)-再鍵合”方式來實現(xiàn)類似金屬中的位錯運動,，使得氮化硅陶瓷表現(xiàn)出前所未有的高達(dá)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(yīng)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(xué)行為

相關(guān)結(jié)果于10月28日發(fā)表在Science期刊上,，標(biāo)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計和新的相變機制,，在氮化硅中實現(xiàn)了室溫塑性。這也為實現(xiàn)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(xué)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(xué)材料學(xué)院為論文的第一完成單位。

信息來源：清華大學(xué),、兩江科技評論

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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