两位院士领衔！燕山大学、浙江大学合作，最新《Nature》大子刊！实现92 GPa超高强度与55%塑性应变！

2025-02-14 16:05:22 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

近日，燕山大学田永君院士、聂安民教授和浙江大学杨卫院士、王宏涛教授合作，首次在室温下激活了超硬共价材料立方氮化硼（cBN）的形变孪晶，并揭示了其独特的连续过渡机制。该成果不仅破解了共价材料难以实现塑性变形的科学难题，更为设计高强度、高韧性超硬材料提供了全新路径。相关论文以“”为题，发表在材料领域顶刊Nature Materials。

形变孪晶：从金属到共价材料的跨越

形变孪晶是金属材料中常见的塑性变形机制，可通过协调晶格滑移显著提升材料的强度和韧性。然而，共价材料（如cBN、金刚石）因强方向性共价键导致的极端硬脆性，长期被认为无法通过形变孪晶实现塑性变形。这一认知被中国团队颠覆。

图 1：受载荷特定孪生准则启发的 cBN 中产生变形孪生的方法。

“加载特定准则”激活共价材料孪晶

研究团队创新提出“加载特定孪晶准则”，通过透射电镜（TEM）内的五自由度纳米操作台，对cBN纳米柱进行定向压缩实验。关键发现包括：

·<100>取向是关键：沿此方向加载时，cBN纳米柱通过连续过渡机制形成密集孪晶，抗压强度达92 GPa，应变高达55%，远超传统块体cBN（强度5.4 GPa，应变1%）。

·连续过渡机制：区别于金属的部分位错滑移，cBN的孪晶通过原子集体协调位移实现，无位错参与，形成过渡带逐步转化为孪晶（图3）。

·普适性验证：该准则成功应用于金刚石、碳化硅等材料，证实其广泛适用性。

图 2.变形孪晶诱导的 cBN 亚微米柱机械性能增强。

性能飞跃：强度与塑性兼得

实验显示：

·<100>取向cBN纳米柱：塑性均匀变形，无裂纹产生，微压痕测试显示(100)表面韧性显著提升。·其他取向对比：<111>和<110>取向样品分别以位错滑移为主，应变仅28%和19.5%，且易断裂。·应用潜力：cBN的硬度仅次于金刚石，此项突破可推动超硬刀具、航空航天防护涂层的性能革新。