在国家自然科学基金委工程与材料科学部,陈克新研究员带领团队实现了陶瓷材料领域的一项重大突破——成功攻克氮化硅陶瓷室温脆性难题,让陶瓷材料在室温下也能展现出优异的塑性。这一成果不仅颠覆了千百年来陶瓷不能发生室温塑性变形的固有认知,更为航空发动机和骨科植入物等领域带来了革命性的变革。
回溯往昔,陈克新研究员初入结构陶瓷领域时,正值陶瓷发动机研究热潮的尾声。由于材料可靠性问题难以攻克,结构陶瓷研究一度陷入困境,成为冷门方向。然而,陈克新和他的团队并未放弃,他们坚信“守得云开见月明”,在传统材料领域默默耕耘,期待着突破的到来。

功夫不负有心人,前不久,陈克新和者的一篇“结构陶瓷论文”成功登上国际顶级学术期刊Science,这一消息犹如一剂强心针,为从事传统材料研究的人员注入了更多信心。他们的研究成果不仅解决了氮化硅陶瓷室温脆性这一世界性难题,更实现了陶瓷强度和塑性的优异结合与跨越提升。
在共价键氮化硅陶瓷材料中,陈克新团队设计了一种独特的共格界面,通过“共价键断裂-旋转-再键合”的方式,模拟了金属中的位错运动。这一创新设计使得氮化硅陶瓷在室温下表现出高达20%的压缩塑性形变,创下了最新纪录。同时,其压缩强度也提高了2.3倍,达到了约11GPa。

陈克新表示:“我们此次解决的陶瓷脆性问题,是一个困扰国内外学者数百年的难题。我们的共格界面设计和‘共价键断裂-旋转-再键合’的新思想,在陶瓷材料领域,特别是具有最强键合的共价键陶瓷中,尚属首次报道。”这一成果无疑为解决陶瓷脆性问题开辟了一条新的道路,也为陶瓷材料在更多领域的应用提供了可能。

随着陶瓷材料室温塑性难题的攻克,其在航空发动机和骨科植入物等领域的应用前景愈发广阔。在航空领域,陶瓷材料的高强度和耐高温性能将大大提升发动机的性能和寿命;在骨科领域,陶瓷材料的生物相容性和塑性将使得植入物更加贴合人体,提高患者的生活质量。陈克新团队的这一突破,无疑为陶瓷材料的应用开启了新的篇章。