陶瓷是我国的庞大发现，是中华文明的主要载体。进步前辈陶瓷质料因具备耐高温、耐腐蚀、强度高、密度低等优秀性能而备受关注，并成为许多高新技术领域生长的要害质料。自上世纪六十年月末最先，陶瓷策动机就因具备重量轻、事情温度高、热机转化效率高的特色，引起了世界列国的器重。列国纷纷加年夜投入，启动种种研究计划，掀起了全世界的研究热潮。然而，颠末数十年努力，陶瓷策动机的研究未能取患上很年夜突破。究其缘故原由，重要于在未能解决陶瓷的脆性问题，从而致使陶瓷质料的靠得住性低。是以，陶瓷质料增韧及其塑性研究，一直是陶瓷质料研究的焦点内容及主要前沿，也是难度最年夜、最具挑战性的课题之一。

近日，清华年夜学质料学院研究团队经由历程于共价键氮化硅陶瓷质料中设计共格界面，立异性引入“共价键断裂-扭转-再键合”方式来实现近似金属中的位错运动，使患上氮化硅陶瓷体现出史无前例的室温压缩塑性形变，形变量高达20%，同时其压缩强度提高至原来的2.3倍（~11GPa）。

研究团队于氮化硅陶瓷中设计了一种共格界面结构。经由历程旋进电子衍射（PED）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、积分差分相位衬度技术（iDPC-STEM）邃密表征了共格界面于氮化硅陶瓷中的漫衍、界面原子结构、晶体取向瓜葛（图1）。

图1.具备α/β共格界面的Si3N4陶瓷的微不雅结构

原位力学测试注解，与不含有共格界面结构的平凡氮化硅陶瓷相比，具备α/β共格界面结构的氮化硅陶瓷体现出史无前例的高达20%的室温压缩塑性形变，压缩强度提高至原来的2.3倍（~11GPa）。这类强度与塑性应变的同时晋升，于陶瓷质料中殊为少见（图2）。

图2.具备差异比例共格界面的多晶Si3N4纳米柱的力学举动

为了研究于外力作用下的结构蜕变，研究团队划分不雅察了质料于静态及动态载荷下的变化。结果显示，具备共格结构的氮化硅陶瓷于两种载荷的作用下，均可以或许发生β→α的相变，这类室温下压力引诱的β→α相变是初次发现。相比之下，不具亚洲必赢24小时客服-备共格结构的氮化硅则没法发生β→α相变（图3）。研究团队利用原位透射电子显微镜展现了这类α/β共格界面于应力引诱的β→α相变中的作用（图4）。

图3.于高压压缩历程中，Si3N4样品中的相含量变化

图4.原位TEM展示的一个代表性β→α相变

研究团队经由历程第一性原理盘算于原子层级展现了β→α相变机制，原子尺度的滑动以和随后[NSi3]单元扭转及界面上的结构畸变致使了相变的发生（图5）。α及β之间的共格界面有益在断键后原子的再联合，这促成了键的转换，而不会引发传统断键历程中老是泛起的裂纹。而由键转换孕育发生的连续原子重排的堆集致使了应力引诱β→α相变及随后的塑性变形能力。

图5. 盘算结果展示了β→α的相变路径

相干结果在10月28日发表于《科学》（Science）期刊上，标题为“基在共格界面键切换机制实现氮化硅陶瓷塑性变形”（Plastic deformation in silicon nitride ceramics via bond switching at coherent interfaces）。该研究结果被《科学》期刊选为“研究亮点”（Research Highlights），编纂以“慢慢闭幕断裂”（Phasing out fracture）为题予以重点先容。《科学》期刊同期另有发表了针对于该研究结果的前瞻性（Perspective）文章，文章指出，陶瓷如能实现塑性，将成为比今朝性能最佳的合金另有要更轻、更强的质料，但陶瓷塑性很是稀有；该研究经由历程怪异的结构设计及新的相变机制，于氮化硅（综合性能最优秀的工程陶瓷之一）中实现了室温塑性，这为终极实现可变形陶瓷的胡想提供了可行路子。该研究结果一经发表，立即引起广泛关注，phys.org、nanowerk等知论理学术网站纷纷举行了报导。

该论文的通信作者为国家天然科学基金委员会陈克新研究员，配合第一作者为清华年夜学质料学院张杰博士、刘光华副教授、崔巍博士，中科院物理所杜世萱研究员等为重要相助者。清华年夜学质料学院为论文的第一完成单元。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7490

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