▲美国普渡大学的研究人员首次观察了，电场作用下形成的陶瓷受到高应变作用时发生形变的情况。
尽管陶瓷的强度很高，但大多数陶瓷可能在载荷产生的轻微应变下突然破裂。这种情况在高温下可能会有所改观。《自然通讯》5月26日刊文称，美国普渡大学领导的研究团队（加州大学、罗格斯大学等）首次将电场用于氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的制备过程，使其具有塑性，像常温下的金属般容易塑型。
研究人员还发现，与高温相比，中等温度下缓慢形成的裂纹可以更早地被检测出来。这对于结构缺陷的及时修补非常重要。材料工程教授Xinghang Zhang说：“过去，当我们在低温下施加高载荷时，大多数陶瓷都会在毫无征兆下突然损坏。现在，我们可以及时发现裂纹了，这可以提高陶瓷材料的安全性。”
将电场应用于陶瓷材料的生产，可以显著加速YSZ等陶瓷的烧结过程，并降低炉温。“闪电烧结”的陶瓷材料孔隙率更低，进而使陶瓷的密实度更高，更有利于形变。目前，尚无人测试过室温或逐渐升温过程中，“闪电烧结”陶瓷的形变能力。普渡大学教授Haiyan Wang说：“YSZ是一种典型的热障涂层材料，它可以保护金属核心基本不受热的影响。但在发动机残余应力导致的升温和冷却作用下，YSZ往往会受到大量裂纹的影响。”金属材料具备抗裂性和易变形性的原因在于其结构中存在位错。位错在材料受压或张拉时可以移动，从而使材料不会失效。然而，陶瓷只能在高温下形变时才能产生位错。“闪电烧结”可以在陶瓷中引入位错，并使材料的晶粒尺寸较小。Wang补充说：“小尺寸晶粒（如纳米晶粒）可以在陶瓷的形变过程中产生滑动作用，进而助力形变。”位错和小型晶粒可以使“闪电烧结”的YSZ受压时逐渐具有塑性（rt~600 ℃）。
塑性的改进意味着YSZ在相对较低的操作温度下，稳定性更好。Zhang说：“金属可以承受10%~20%的应变，普通陶瓷能承受的应变为2%~3%。而‘闪电烧结’的陶瓷，可耐受7%~10%的应变。”即使陶瓷已经开始破裂，其裂纹的形成也很缓慢。根据这一原理，下一步可设计更具弹性的陶瓷材料。
编译：雷鑫宇 审稿：阿淼
