普渡大学提升汽车零部件用陶瓷材料的延展性

据外媒报道，酒杯、导弹头、发动机叶片上的热障涂层、汽车零部件、电子和光学元件等物体通常都是用陶瓷制成的。虽然陶瓷的机械强度很高，但是，如果不是暴露在高温下，在载荷作用下稍微用力拉扯，其就会突然断裂。

（图片来源：普渡大学）

不过，美国普渡大学（Purdue University）的研究人员研发出一种新工艺，能够让陶瓷克服易碎的特性，使其更具韧性，经久耐用。普渡大学将该工艺称为“闪烧”（flash sintering），即在传统的烧结工艺中增加了一个电场，以大批量制成由陶瓷制成的部件。

普渡大学工程学院的Haiyan Wang教授表示：“我们已经能够证明，即使在室温下，利用电场烧结而成的陶瓷在高应变压缩下，会发生塑性变形（有弹性），令人非常惊讶。”

该研究表明，在陶瓷形成过程中施加电场，可以让材料在室温下几乎与金属一样，非常容易变形。普渡大学研究小组特别将其技术应用于一种广泛使用的白色颜料 – 二氧化钛中。

研究小组的博士后兼研究员Jin Li表示：“此前，纳米孪晶被引入各种金属材料，以提高其强度和延展性。但是，之前却几乎没有研究表明，纳米孪晶和堆叠层错能够大大提升陶瓷的塑性。”

二氧化钛在室温下的延展性得以显著提高是因在闪烧过程中，堆叠层错、孪晶和位错等高密度缺陷的出现而造成。此类缺陷的存在消除了陶瓷缺陷成核的需求，而缺陷成核通常需要较大的成核应力，大于陶瓷的断裂应力。

本论文的第一作者Li表示：“我们的研究结果非常重要，为以新方式使用多种不同的陶瓷打开了一扇大门，此类新方式可以让陶瓷具备更大的灵活性和耐久性，能够承受重负荷和高温，而不会易碎。”

陶瓷的塑性得以提高表示在相对较低的温度下时，其机械耐久性会更高。在产生裂纹之前，研究人员的研究样本陶瓷能够与某些金属一样，承受一样大的压应力。

材料工程系教授兼该研究小组的共同负责人Xinghang Zhang表示：“此类具备延展性的陶瓷可用于很多重要应用，例如国防工事、汽车制造、核反应堆和可持续能源设备等。”（作者：余秋云）