中国粉体网讯 氮化硅是一百多年前就已经发现的氮和硅的化合物，最早在德国合成，20世纪50年代才开始有应用。氮化硅陶瓷作为一种高温结构陶瓷，具有强度高、抗热震稳定性好(在空气中加热至1000℃以上，再急剧骤冷急剧加热也不会碎裂)、高温蠕变小、耐磨、优良的抗氧化性和化学稳定性高等特点，被认为是目前综合性能最好的结构陶瓷材料，已被广泛应用于冶金、宇航、能源、机械、军事技术、光学和玻璃工业等领域。
虽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是强共价键化合物，具有高的原子结合强度，表现出优异的综合性能的同时，由于共价键具有方向性和饱和性，由共价键组成的Si3N4陶瓷滑移系很少，通常在产生滑移前就发生断裂，导致Si3N4陶瓷表现出明显的脆性特点。历来，相关研究者对氮化硅陶瓷的韧性展开了大量的研究，并总结出一些增韧手段，如颗粒弥散增韧、晶须或纤维增韧、相变增韧和自增韧等。
既然强共价键是阻止Si3N4陶瓷滑移位错的“罪魁祸首”，能不能以此为突破口展开对其可塑形变的研究呢？近日，清华大学传来好消息，该校研究团队基于国家自然科学基金委陈克新研究员提出的原创性学术思想，在共价键氮化硅陶瓷材料中设计共格界面，通过“共价键断裂-旋转-再键合”方式来实现类似金属中的位错运动，使得氮化硅陶瓷表现出前所未有的高达20%的室温压缩塑性形变，同时其压缩强度提高至原来的2.3倍（~11GPa）。这种强度与塑性应变的同时提升，在陶瓷材料中殊为少见。
具有不同比例共格界面的多晶Si3N4纳米柱的力学行为
相关结果于10月28日发表在Science期刊上，标题为Plastic deformation in silicon nitride ceramics via bond switching at coherent interfaces（基于共格界面键切换机制实现氮化硅陶瓷塑性变形）。该研究成果被Science选为Research Highlights，编辑以“逐步终结断裂”为题予以亮点介绍。Science同期还发表了针对该研究成果的Perspective文章，文章指出，陶瓷如能实现塑性，将成为比目前性能最好的合金还要更轻、更强的材料，但陶瓷塑性非常罕见；该研究通过独特的结构设计和新的相变机制，在氮化硅中实现了室温塑性。这也为实现其他可变形陶瓷的梦想提供了可行途径。
该论文的唯一通讯作者为陈克新研究员，共同第一作者为清华大学的张杰、刘光华、崔巍，中科院物理所杜世萱研究员等为合作作者。清华大学材料学院为论文的第一完成单位。
信息来源：清华大学、两江科技评论
（中国粉体网编辑整理/山川）
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