1月28日，“Advwanced Materials”（先进材料）期刊发表昆明理工大学材料工程学院科研团队关于超高温热障涂层陶瓷的最新进展，该成果打破在氧化物陶瓷中其热导率与断裂韧性之间存在相互耦合限制的传统认知，提出了“铁弹畴+高密度位错”的脆性陶瓷增韧新机制。研究成果以“通过高密度位错策略打破铁弹氧化物陶瓷热导率与韧性之间的权衡关系”（Breaking the Trade-Off Relationship Between Thermal Conductivity and Toughness of Ferroelastic Oxide Ceramics via a High-Density Dislocation Strategy）为题发表，论文地址：http://doi.org/10.1002/adma.202523083

高密度位错工程突破脆性陶瓷“高韧性-低热导率”之间的耦合限制关系

根据声子传热理论，高导热材料内部像完美的晶体，原子排列整齐、结合紧密、没有杂质和缺陷，很多陶瓷导热填料追求的也是大单晶即同样道理，而这也正是陶瓷材料“硬脆”的原因。陶瓷增韧核心机制是通过引入纤维、颗粒或者微孔等所谓“缺陷”，使陶瓷遭遇损坏开裂时受到阻力，或者须绕开路径，或者须消耗更多能量，从而提升材料整体韧性，但是增韧引入的杂相或孔隙又会导致传热受阻。以上简单概括即氧化物陶瓷的“热导率与断裂韧性耦合限制”。

陈琳、冯晶团队十余年来深耕铁弹性陶瓷热防护涂层材料领域，在本研究中通过球差矫正透射电镜原子级别表征提出了铁弹畴增韧新理论，在应力作用下铁弹畴通过偏转裂纹、畴转变、裂纹桥接等方式消耗断裂能提高断裂韧性；同时，研究团队在铁弹性陶瓷中通过引入与其具有类共格界面的增强相，并通过SPS（放电等离子烧结）和高温热处理的方式加速元素迁移，在晶格中引入高密度位错，在脆性陶瓷中构建了“铁弹畴+高密度位错”增韧新机制。铁弹性复合陶瓷断裂韧性最高值可达5.0 MPa·m^1/2，相较于单相材料提高达100%，断裂韧性是传统YSZ材料的1.4倍。此外，高密度位错能够有效散射声子降低热导率。经过高温热处理后，复合陶瓷中的高密度位错可达108-1010mm^-2，这使其成为主要的声子散射中心，有效降低复合陶瓷的热导率。高温下铁弹性复合陶瓷的热导率最低值可达1.32W·m^-1·K^-1，仅仅是当前YSZ材料体系的一半。

综上，本次研究从原子尺度揭示了高密度位错对韧性及热导率的影响，创新性提出高密度位错工程是打破陶瓷“高韧性-低热导率”之间的耦合限制关系的有效方式，为高性能、长寿命陶瓷热防护涂层材控的研发奠定了坚实的理论基础和科学依据。

编译整理 YUXI