據(jù)外媒報(bào)道，酒杯、導(dǎo)彈頭、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上的熱障涂層、汽車(chē)零部件、電子和光學(xué)元件等物體通常都是用陶瓷制成的。雖然陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度很高，但是，如果不是暴露在高溫下，在載荷作用下稍微用力拉扯，其就會(huì)突然斷裂。

（圖片來(lái)源：普渡大學(xué)）

不過(guò)，美國(guó)普渡大學(xué)（Purdue University）的研究人員研發(fā)出一種新工藝，能夠讓陶瓷克服易碎的特性，使其更具韌性，經(jīng)久耐用。普渡大學(xué)將該工藝稱(chēng)為“閃燒”（flash sintering），即在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝中增加了一個(gè)電場(chǎng)，以大批量制成由陶瓷制成的部件。

普渡大學(xué)工程學(xué)院的Haiyan Wang教授表示：“我們已經(jīng)能夠證明，即使在室溫下，利用電場(chǎng)燒結(jié)而成的陶瓷在高應(yīng)變壓縮下，會(huì)發(fā)生塑性變形（有彈性），令人非常驚訝?！?/p>

該研究表明，在陶瓷形成過(guò)程中施加電場(chǎng)，可以讓材料在室溫下幾乎與金屬一樣，非常容易變形。普渡大學(xué)研究小組特別將其技術(shù)應(yīng)用于一種廣泛使用的白色顏料 – 二氧化鈦中。

研究小組的博士后兼研究員Jin Li表示：“此前，納米孿晶被引入各種金屬材料，以提高其強(qiáng)度和延展性。但是，之前卻幾乎沒(méi)有研究表明，納米孿晶和堆疊層錯(cuò)能夠大大提升陶瓷的塑性?！?/p>

二氧化鈦在室溫下的延展性得以顯著提高是因在閃燒過(guò)程中，堆疊層錯(cuò)、孿晶和位錯(cuò)等高密度缺陷的出現(xiàn)而造成。此類(lèi)缺陷的存在消除了陶瓷缺陷成核的需求，而缺陷成核通常需要較大的成核應(yīng)力，大于陶瓷的斷裂應(yīng)力。

本論文的第一作者Li表示：“我們的研究結(jié)果非常重要，為以新方式使用多種不同的陶瓷打開(kāi)了一扇大門(mén)，此類(lèi)新方式可以讓陶瓷具備更大的靈活性和耐久性，能夠承受重負(fù)荷和高溫，而不會(huì)易碎?！?/p>

陶瓷的塑性得以提高表示在相對(duì)較低的溫度下時(shí)，其機(jī)械耐久性會(huì)更高。在產(chǎn)生裂紋之前，研究人員的研究樣本陶瓷能夠與某些金屬一樣，承受一樣大的壓應(yīng)力。

材料工程系教授兼該研究小組的共同負(fù)責(zé)人Xinghang Zhang表示：“此類(lèi)具備延展性的陶瓷可用于很多重要應(yīng)用，例如國(guó)防工事、汽車(chē)制造、核反應(yīng)堆和可持續(xù)能源設(shè)備等。”

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