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燕山大学田永君教授团队制备出更有韧性的金刚石复合材料

时间:2020-06-30 11:25:41来源:燕山大学 福建高考

从燕山大学获悉,该校亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君教授团队与北京航空航天大学等单位合作,成功截获多种金刚石多型体,并制备出了韧性优异的多级结构金刚石复合材料。6月18日,研究成果在线发表于《自然》(Nature)期刊上。

  金刚石是自然界已知的最硬材料,被广泛应用于机械、半导体、对顶砧以及新型微纳操纵等行业和领域,是不可或缺的战略性材料。尽管其硬度无与伦比,但热稳定性差却限制了它的应用,作为刀具使用时,切削温度超过700至800摄氏度,就会完全失去其硬度。如何协同提高金刚石硬度和韧性一直是材料科学研究面临的重要挑战之一。

  此前,燕山大学团队研究证实,通过显微组织的纳米孪晶化可以协同提高金刚石的硬度和韧性:在维氏硬度提高到200GPa的同时,断裂韧性能够提高到与硬质合金相当的水平。在此基础上,燕山大学与北京航空航天大学等合作提出金刚石增韧的新思路。通过组织调控,该团队制备出一种具有多级结构特征的金刚石复合材料,由相干的界面金刚石多型体(不同的堆积顺序),交织的纳米孪晶和互锁的纳米晶粒组成。复合材料的结构比单独使用纳米孪晶更能提高韧性,且不会牺牲硬度,在保持200GPa维氏硬度的情况下,断裂韧性是合成金刚石的5倍,甚至比镁合金还高,为发展高韧性超硬材料和工程陶瓷提供了新的途径。

  据了解,近年来,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室围绕亚稳材料的制备、性能与服役中的基础科学问题,形成了亚稳材料理论设计与性能预测、亚稳结构材料、亚稳功能材料、亚稳材料特种制备技术、材料超常规服役特性等5个成熟的研究方向。