近日，鄭州大學材料科學與工程學院邵剛教授，張銳教授課題組以 “Mechanical behavior of ZrO2 ceramics in the post-flash stage”為題在國際著名期刊《Materials Science & Engineering A》上發(fā)表原創(chuàng)性研究論文。博士研究生趙芮為論文第一作者，邵剛教授、安立楠教授為論文通訊作者，鄭州大學材料科學與工程學院為論文第一作者單位和通訊單位。

陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、強度高、硬度高等優(yōu)異特性，是航空航天、機械工程等領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。然而，陶瓷材料由共價鍵或離子鍵構(gòu)成，其鍵強高、結(jié)合力大，使得陶瓷材料晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、位錯滑移困難，因此陶瓷材料不能像金屬、聚合物等材料具有較好的塑性變形能力，這是制約陶瓷材料在復雜構(gòu)件等領(lǐng)域更廣泛應用的關(guān)鍵因素之一。

針對陶瓷材料塑性變形能力不足這一難題，本工作引入“閃燒”技術(shù)，通過在氧化鋯陶瓷兩端施加高于閾值的電場，實現(xiàn)力-電-溫度多場耦合效應，使氧化鋯陶瓷在低溫（600℃）下展現(xiàn)出良好的塑性。本工作采用原位三點彎曲法，系統(tǒng)地研究了氧化鋯陶瓷在閃燒穩(wěn)態(tài)階段的力學行為，研究表明，當電流密度超過某一閾值時，氧化鋯陶瓷的彈性模量迅速降低（由>105 GPa 轉(zhuǎn)變?yōu)?< 60 GPa），變形模式由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危宫F(xiàn)出良好的塑性變形能力。微觀結(jié)構(gòu)顯示，這種獨特的力學行為變化是由于在高電流密度下，力-電-溫度多場耦合效應一方面在氧化鋯內(nèi)部形成了更多的位錯，一方面促進了位錯的運動（位錯控制過程），這與以往的研究（擴散控制過程）完全不同。研究結(jié)果對深入理解電場誘導陶瓷的低溫塑性變形具有重要意義，為解決陶瓷材料低溫快速成形指明了新的方向。

該研究受到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、河南省優(yōu)秀青年基金、河南省高校科技創(chuàng)新人才等項目資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.144724