日前，中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室科研团队团队通过氧空位补偿预应力（Oxygen-Vacancy Compensation Prestressing，OVCP）的全新手段，实现了氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷力学性能的显著突破——样品抗弯强度达到1679±78MPa，较未退火状态提升了31%。相关研究成果发表在“先进陶瓷学报”《Journal of Advanced Ceramics》上。

论文链接：https://www.sciopen.com/article/10.26599/JAC.2026.9221346

氧空位补偿预应力工艺及效果示意图

固有脆性是制约陶瓷材料应用的关键瓶颈。在材料表层引入压应力是提升陶瓷强度的有效方法，但该方法面对单相氧化物陶瓷存在局限——传统方法通常依赖在陶瓷表面涂覆热膨胀系数不同的异质涂层，利用冷却过程中的热失配来引入压应力。然而，这种方法引入了额外的界面，可能导致界面结合强度不足、涂层剥落等问题。

本次研究的采用OVCP方法的突破在于无界面、本体内的预应力生成。团队采用真空热压制备富氧空位的的ZTA（锆增铝）陶瓷样品。样品在空气氛围中进行退火处理，使陶瓷近表面区域发生“再氧化”，氧空位被补偿（填充）导致晶格膨胀。内层未氧化区域对外层氧化区域形成约束，这种微观效应最终形成宏观的表面残余压应力场。而最后样品抗弯强度的飞跃令ZTA陶瓷展现出更广阔的应用前景。

相信随着本次突破，对OVCP方法的不断完善和改进，ZTA陶瓷乃至更多种类的氧化物陶瓷都有望在生物医疗、航空航天、精密制造等对材料可靠性要求极高的领域产生深远影响。

编译整理 YUXI