近日，燕山大學(xué)田永君院士、聶安民教授和浙江大學(xué)楊衛(wèi)院士、王宏濤教授合作，首次在室溫下激活了超硬共價(jià)材料立方氮化硼（cBN）的形變孿晶，并揭示了其獨(dú)特的連續(xù)過(guò)渡機(jī)制。該成果不僅破解了共價(jià)材料難以實(shí)現(xiàn)塑性變形的科學(xué)難題，更為設(shè)計(jì)高強(qiáng)度、高韌性超硬材料提供了全新路徑。相關(guān)論文以“”為題，發(fā)表在材料領(lǐng)域頂刊Nature Materials。

形變孿晶：從金屬到共價(jià)材料的跨越

形變孿晶是金屬材料中常見(jiàn)的塑性變形機(jī)制，可通過(guò)協(xié)調(diào)晶格滑移顯著提升材料的強(qiáng)度和韌性。然而，共價(jià)材料（如cBN、金剛石）因強(qiáng)方向性共價(jià)鍵導(dǎo)致的極端硬脆性，長(zhǎng)期被認(rèn)為無(wú)法通過(guò)形變孿晶實(shí)現(xiàn)塑性變形。這一認(rèn)知被中國(guó)團(tuán)隊(duì)顛覆。

圖 1：受載荷特定孿生準(zhǔn)則啟發(fā)的 cBN 中產(chǎn)生變形孿生的方法。

“加載特定準(zhǔn)則”激活共價(jià)材料孿晶

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“加載特定孿晶準(zhǔn)則”，通過(guò)透射電鏡（TEM）內(nèi)的五自由度納米操作臺(tái)，對(duì)cBN納米柱進(jìn)行定向壓縮實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)包括：

·<100>取向是關(guān)鍵：沿此方向加載時(shí)，cBN納米柱通過(guò)連續(xù)過(guò)渡機(jī)制形成密集孿晶，抗壓強(qiáng)度達(dá)92 GPa，應(yīng)變高達(dá)55%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)塊體cBN（強(qiáng)度5.4 GPa，應(yīng)變1%）。

·連續(xù)過(guò)渡機(jī)制：區(qū)別于金屬的部分位錯(cuò)滑移，cBN的孿晶通過(guò)原子集體協(xié)調(diào)位移實(shí)現(xiàn)，無(wú)位錯(cuò)參與，形成過(guò)渡帶逐步轉(zhuǎn)化為孿晶（圖3）。

·普適性驗(yàn)證：該準(zhǔn)則成功應(yīng)用于金剛石、碳化硅等材料，證實(shí)其廣泛適用性。

性能飛躍：強(qiáng)度與塑性兼得