塑性或塑性变形能力是材料通过压缩、拉伸或剪切变形为特定形状或几何形状而不破裂的能力。通常，陶瓷材料在室温下表现出非常有限的塑性变形能力。

普渡大学的王海燕和张星航教授领导的研究团队发现，通过在高温下脆性陶瓷中引入高密度缺陷，可改善陶瓷的室温塑性变形能力。张星航教授称，“这种策略可以显着提高陶瓷的室温塑性变形能力，并有望在不久的将来注入陶瓷的延展性或拉制成近净形状的能力。”此次的研究发现补充了该团队此前关于通过闪速烧结方法改善陶瓷塑性变形能力的研究。

王海燕教授称，“并非所有陶瓷材料都可以通过闪速烧结方法加工。但新方法可适用于几乎所有的陶瓷材料。”

陶瓷：有益但易碎

陶瓷材料是常用的结构性材料，不仅广泛用于航空航天、交通运输、发电厂、制造业等行业，还可用于发动机和机器中的轴承、电容器、电绝缘材料、电池和燃料电池中的电极以及高温机器中的热障涂层。

陶瓷材料具有机械强度高、化学惰性、耐磨损、耐腐蚀、隔热、隔电、比金属更硬、熔点高等特点，这意味着陶瓷材料可用于切割金属或容纳熔融金属并在高温下承受高应力。但陶瓷在室温下很脆，只有在足够高的温度下才能弯曲。相比之下，金属在室温下即可弯曲而不会断裂。

王海燕教授称，位错是材料中的缺陷，可改变结构中的原子排列，而陶瓷的脆性主要在于其位错很少。“位错可以在晶体内滑动，从而在一定的应力水平下实现塑性变形。但在陶瓷材料中，在室温下很难使位错成核，因为陶瓷中的断裂应力远小于在这样的温度下使位错成核的应力。” 相比之下，金属材料具有延展性，因为金属材料很容易形核非常高密度的位错。而且位错在室温下在金属中是可移动的，显着提高了其延展性。

因此，提高陶瓷塑性的方法是使大量位错形核。

提高延展性的技术

此前的实验研究对陶瓷形变能力做出了广泛的努力，但收效甚微。

普渡大学团队通过在高温变形过程中预加载陶瓷材料，将位错引入陶瓷材料中。在陶瓷样品冷却后，位错会提高陶瓷在室温下的塑性。

王海燕教授称，“该方法比闪速烧结方法更广泛地适用于各种陶瓷，因为并非所有陶瓷材料都可以通过闪速烧结进行加工。在陶瓷的大规模加工和处理的实践中，预载位错也可能比闪速烧结更容易扩大规模。”

该团队已对各种陶瓷系统和不同尺寸的陶瓷柱进行了测试和验证。

“经过预加载处理后，单晶二氧化钛的变形能力显着增加，在室温下达到了10%的应变。”张星航教授称，“使用预加载技术，氧化铝还表现出塑性变形能力，应变为6%至7.5%。”

目前，该团队已向美国专利商标局申请专利，未来还将与业界进行合作。