近日，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(guó)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(qiáng)度高、硬度高等優(yōu)異特性，是航空航天、機(jī)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(jià)鍵或離子鍵構(gòu)成，其鍵強(qiáng)高、結(jié)合力大，使得陶瓷材料晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、位錯(cuò)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(fù)雜構(gòu)件等領(lǐng)域更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

針對(duì)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(guò)在氧化鋯陶瓷兩端施加高于閾值的電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)力-電-溫度多場(chǎng)耦合效應(yīng)，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(diǎn)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(xué)行為，研究表明，當(dāng)電流密度超過(guò)某一閾值時(shí)，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(dú)特的力學(xué)行為變化是由于在高電流密度下，力-電-溫度多場(chǎng)耦合效應(yīng)一方面在氧化鋯內(nèi)部形成了更多的位錯(cuò)，一方面促進(jìn)了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)（位錯(cuò)控制過(guò)程），這與以往的研究（擴(kuò)散控制過(guò)程）完全不同。研究結(jié)果對(duì)深入理解電場(chǎng)誘導(dǎo)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、河南省優(yōu)秀青年基金、河南省高?？萍紕?chuàng)新人才等項(xiàng)目資助。

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