近日，先进陶瓷学报（Journal of Advanced Ceramics）发表来自，甬江实验室先进结构陶瓷创新中心、清华大学材料科学与工程学院陶瓷材料国家重点实验室、北京理工大学先进金属与材料国家重点实验室研究人员，关于开发室温下改善和增强陶瓷材料塑性的综述性文章——汇总了陶瓷灾难性失效的破解策略，客观总结了工程应用的挑战，也展望了未来创新和改进的工艺和设计方向。本文将对文章稍作总结提炼，便于相关从业者了解学习。

论文地址：https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221353

对室温塑性陶瓷从不同角度的总结示意

一、陶瓷为什么缺乏“塑性”

金属材料依靠晶体内部的位错（晶格滑移），原子层可以沿着这些通道逐渐移动，带来的结果就是常见到的是变形，而非直接断裂崩溃。绝大多数陶瓷材料由离子键或共价键形成，结合稳固难以产生类似金属材料的滑移，带来的结果就是推动位错运动所需的能量往往超过材料能够承受的断裂强度，常见到的是开裂破碎，而非变形——陶瓷材料因此也被冠以“脆性”之名。

二、“塑性”陶瓷能干啥

“抗冲击”性能叠加陶瓷材料固有的耐高温、高强度特性，结果便是航天航空领域的发动机、热防护器件可以抵御失效风险，稳定性大大提升；“韧性”增强也会使先进半导体制程的加工难度降低，同时提升设备精密部件的可靠性……总之，传统工业复杂结构的精密加工成本高，效率良率低下问题会大幅减少。

三、陶瓷“脆性”破解策略

1、缺陷工程

就是创造适合位错运动的条件，通过控制晶体缺陷，例如位错、空位、境界结构和局部晶格畸变来降低材料的塑性变形门槛。

例如“Materials Today”2025年1月刊，文章“Harvesting room-temperature plasticity in ceramics by mechanically seeded dislocations”科研成果表明，通过预先引入大量位错，可以帮助陶瓷在室温下启动塑性变形。机械方式植入位错后，位错可以进一步增殖和移动，使陶瓷产生更大的压缩塑性应变。相关研究甚至实现了超过30%的塑性压缩应变。

论文地址：10.1016/j.mattod.2024.11.014

2、结构设计

这是从陶瓷结构设计角度寻找突破的策略，具体比如：降低晶粒尺寸后，大量晶界可以阻碍裂纹扩展，同时提供新的变形机制；仿生如类似贝壳结构设计，令裂纹在传播过程中不断偏转，提高抗损伤能力；部分陶瓷材料可以通过晶粒之间的相对移动实现塑性变形，而不是完全依靠位错；还可以引入非晶区域，提高局部结构调整能力，使材料更容易释放应力……

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3、数字模拟

AI时代给人们寻找材料、实验测试的工作带来福音，研究人员可以结合分子动力学、第一性原理、材料数据库进行预测，包括将泊松比、Pugh比（即剪切模量G与体积模量K的比值）、晶体结构、熔点以及化学键等特征参数与特性与室温塑性建立关联，从而实现高效有目标地进行材料设计。

小结

现阶段的材料工程研究和生产水平，与大尺寸块体材料的工业稳定制造还有明显距离。未来方向是利用多尺度结构设计同时获得强度和塑性，赋予陶瓷材料“像金属一样能够适应环境变化”的能力——这将是下一代先进陶瓷继高强度、高导热、高可靠之后的重要发展方向。

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