普渡大学 工程学院的研究人员 开发并验证了一种正在申请专利的方法，该方法可以通过使陶瓷在室温下更具塑性变形来扩大陶瓷的工业应用。
塑性或塑性变形性是指材料在受压、受拉或受剪时变形为特定形状或几何形状而不破裂的能力。通常，陶瓷材料在室温下表现出非常有限的塑性变形能力。
王海燕 和 张星航 领导的普渡大学团队首先在高温下向脆性陶瓷中引入高密度缺陷，从而改善陶瓷的室温塑性变形能力。王海燕是普渡大学材料工程 学院的 Basil S. Turner 工程教授，张星航是材料工程教授。
张说：“这种策略可以显著提高陶瓷的室温塑性变形能力，并有望在不久的将来赋予陶瓷延展性或拉成近净形状的能力。”
该项研究已发表在同行评审期刊《 科学进展》上。这种方法补充了他们之前关于通过闪速烧结方法提高陶瓷塑性变形能力的研究，该研究发表在 2018 年同行评审期刊《自然通讯》上。
“并非所有陶瓷材料都能通过闪蒸烧结法进行加工，”王先生说。“这种新方法可以推广到几乎所有陶瓷材料。”
陶瓷：有益但易碎
陶瓷材料用作航空航天、交通运输、发电厂和制造等行业的结构材料;以及发动机和机器中的轴承、电容器、电绝缘材料、电池和燃料电池中的电极以及高温机器中的热障涂层等应用。
它们机械强度高、化学惰性强;耐磨、耐腐蚀;隔热、防电;比金属更硬，熔点更高。这些特性意味着陶瓷材料可用于切割金属或容纳熔融金属，并在高温下承受高应力。
陶瓷在室温下也易碎，只有在足够高的温度下，当位错活动被激活时，它们才会弯曲。相比之下，金属在室温下会弯曲而不会断裂。
王说，陶瓷的位错很少，这导致其性质脆弱。位错是材料中的缺陷，会改变结构中原子的排列。
王教授表示：“位错可以在晶体内滑动，从而在一定的应力水平下实现塑性变形。然而，在陶瓷材料中，在室温下很难使位错成核，因为陶瓷中的断裂应力远小于在这种温度下使位错成核的应力。”
张教授表示：“相比之下，金属材料具有延展性，因为它们很容易成核，而且位错密度非常高。位错在室温下在金属中是可移动的，这大大提高了它们的延展性。因此，提高陶瓷塑性的方法是在开始变形之前在陶瓷中成核大量位错。”
普渡大学提高延展性的技术
王说，人们为提高陶瓷的变形能力做出了许多努力，但收效有限。
普渡大学的研究团队通过在高温变形过程中对陶瓷材料施加预应力，将位错引入陶瓷材料中。该团队的研究生 Chao Shen 表示，一旦陶瓷样品冷却，位错就会提高陶瓷在室温下的塑性。
“这种方法比闪蒸烧结方法更广泛地适用于各种陶瓷，因为并非所有陶瓷材料都可以通过闪蒸烧结进行加工，”王说。“预加载位错在实践中也可能比闪蒸烧结更容易大规模加工和处理陶瓷。”
该技术已在他们的实验室中对各种陶瓷系统和不同尺寸的陶瓷柱进行了测试和验证。
“经过预压处理后，单晶二氧化钛的可变形性显著提高，在室温下可达到 10% 的应变，”张说。“使用预压技术，氧化铝也表现出塑性可变形性，应变为 6% 至 7.5%。”
研究团队包括王教授、张教授 、材料工程学教授R. Edwin Garcia及其研究生，他们将与业界合作，在各种陶瓷系统中大规模演示这种方法。这项工作得到了美国海军研究办公室的支持。