燕山大学继Nature子刊后时隔三月又发Nature正刊:高韧性金刚石复合材料

nanoCJ 4年前 (2020-06-18) 6172浏览

【引言】

硬度和韧性（防止断裂）之间的平衡对材料性能提升至关重要，这一点在金刚石中体现得尤为明显。通过纳米构造策略既可以增加金刚石硬度，同时也可以韧化金刚石。为了进一步提高材料韧性，研究人员还发明了仿生复合增韧、转变增韧以及双相增韧等策略。然而这些策略却还未在金刚石类材料上实现增韧效果。

【成果简介】

燕山大学的周向锋、田永君以及北航的郭林（共同通讯作者）联合团队在Nature发文研究表征了金刚石复合材料。这种复合材料由金刚石多型（polytypes）、交织的纳米孪晶以及连锁的纳米晶粒分级组装而成。研究表明，相比于纳米构造策略，这一分级结构能够在不牺牲材料硬度的同时显著增强复合材料的韧性——增强的韧性更是超越镁合金达到人造金刚石的五倍之多。机理研究发现，当断裂产生时，裂缝通过3C（cubic）多型中纳米孪晶进行Z型扩散；当裂痕遇到非3C多型区域时，则会促使断裂表面附局部地转变成3C金刚石。以上两种裂痕扩散过程都会驱散减弱应变能，从而增强材料韧性。因此，文章认为这一发现能够在超硬材料以及工程陶瓷领域有所应用。2020年06月17日，相关成果以题为“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 nt-金刚石复合材料的典型微结构