科学家首次“借”位错机制，实现陶瓷塑性变形 当陶瓷丢掉“玻璃心”

　　陶瓷因具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、轻质等优异特性，已成为先进装备、半导体、医疗等领域发展的关键材料。然而，陶瓷材料天生脆弱的短板限制了其在高端技术领域的进一步应用。如何才能让“玻璃心”的陶瓷变得更具韧性和可塑性?

　　最近，浙江科研人员在《科学》杂志发表论文，他们通过一种向金属“借”位错的新机制，在室温条件下实现了陶瓷的拉伸塑性变形。据了解，这在全世界尚属首次。

　　论文第一作者、甬江实验室研究员董丽然告诉记者，在微观世界中，位错其实是一种缺陷，它的存在打破了原子排列的完美和谐，但它对材料的力学性能发挥着决定性的作用。“比如，可促进晶体的塑性变形，提高材料可塑性。”

　　以金属为例，内部原子由较弱金属键结合在一起，受外力时可轻易地发生位错，从而使金属产生形变，但不至于破碎;而陶瓷由于其特殊的内部结构，很难发生原子移动。因此，当陶瓷受到外力冲击时，无法通过材料内部的变形位错运动以释放应力，而是会快速集中在某一局部区域，导致原子间的化学键断裂，进而迅速产生灾难性的破碎。这也是陶瓷“宁折不弯”的原因。

　　如果单一的陶瓷材料很难实现产生“位错”，那在与金属结合下行不行?

　　多年前，博士生在读的董丽然偶然发现，包裹在金属化合物中的少量陶瓷材料不太容易发生碎裂，这一现象给金属合金带来了非常多有趣的想象。来到甬江实验室后，在合作导师陈克新教授的引导下，董丽然开始将目光瞄准陶瓷，她希望能够解开让陶瓷塑性变形的奥秘。

　　“陶瓷内部无法持续产生位错，我们经过大量的论证后，提出一个大胆思路——向金属‘借’位错。”董丽然介绍。

　　向金属“借”位错并非易事，首先需要设置一个金属—陶瓷的界面。董丽然介绍，这个界面得满足两个条件：第一，化学键成键。成键是为了将金属—陶瓷界面牢牢“粘住”，从而承受住大量位错发生时引发的应力。第二，晶面连续，这是为了降低位错传递的势垒，减少位错的塞积以及降低应力集中。

　　厘清设计要点后，科研人员通过烧结工艺调制，成功制备出具有化学键结合的金属—陶瓷有序界面。在实验中，他们不但观察到了金属位错像“钉子”一样轻松穿过界面、穿入陶瓷的动态过程，还拿到了穿过后的证据。

　　测试结果显示，纯陶瓷晶体拉伸塑性可达39.9%，强度约为2.3GPa。这意味着室温下陶瓷拉伸塑性由“不可能”变为了“可能”。

　　“目前还仅是微观层面的研究结果，下步我们将努力在宏观层面实现表征，相信在不久的将来，高强塑性陶瓷可以在高端技术领域得到现实应用。”董丽然展望道。