加州大学洛杉矶分校的Henry Samueli工程与应用科学学院的材料学家们一直致力于制备韧性陶瓷，一种长久以来需求量极大的陶瓷材料。这种韧性陶瓷异常坚硬，能承受极高的温度，比金属还不易腐蚀，同时仍然可以承受弯曲或者变形而不致损坏。换句话说，这种陶瓷可以弯曲，但不会破裂。

研究人员将关注的焦点集中于过渡金属碳化物上，这种化合物的原子是由三种类型的化学键结合起来的，包括离子键、共价键和金属键。研究人员相信，将这三种化学键结合起来的材料将会十分坚硬。为了验证这种猜想，研究人员对两种过渡金属碳化物——碳化锆和碳化钽单晶——进行了透射电子显微镜观察。

如图所示为使用离子光束聚焦的电子显微镜下的硬质合金单晶。图片来源:劳伦斯伯克利国家实验室。

研究人员观察到，这种材料的晶体可以发生畸变，在室温下变形但不破裂。这表明，材料的晶体大小和排列方向对材料的力学性能起决定作用。

该材料的研究者之一，材料科学和工程学副教授Suneel Kodambaka说：“超高温陶瓷极有可能应用在航空航天和其他行业中，并作为结构构件使用，其同时具有持久性、耐高温性、高强度和高稳定性。过渡金属碳化物十分适合作为该领域的结构材料，因为它们坚硬且熔点极高。”

材料科学家常用“硬度”作为衡量材料抗机械压力的指标，其单位为帕斯卡。过渡金属碳化物的硬度超过20帕；相比之下，钢铁的硬度只有1 ~ 2帕。过渡金属碳化物在超过6300华氏度的温度下才可以融化；钢铁的熔点一般在2700华氏度左右。

但是Kodambaka 指出：“尽管具有良好的性能，这种陶瓷在室温下和钢相比依旧十分脆弱。研究结果表明，在室温下，晶体件原子尺度的滑移过程形成了材料的韧性，这帮助工程师从微观结构出发，来制备具有特殊机械性能的陶瓷组件。”

如今，高强度的金属合金通常用于制备陶瓷，以应用于如飞机发动机和涡轮机在内的机械材料、核电站在内的结构材料。韧性陶瓷可以大大提高组件的机械性能和耐久性。研究人员还表示，这种新型陶瓷可以用于制备微型机械部件，例如微观堤岸机械系统、高强柔性材料和防辐射衬托（用于为飞船提供动力的太阳帆中）。

根据该研究，韧性陶瓷可以以过渡金属碳化物和过渡金属氮化物为基础进行研究。这两类物质具有类似的结构，其原子程度上的作用机制对材料韧性的影响还有待进一步研究。

该研究的成果发表在《美国陶瓷协会》上。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼    校正：摩天轮