本工作从位错视角研究了两类典型陶瓷相强-韧力学机制。
首先，过渡金属氮化物（TMN）是经典高硬、耐热、耐蚀陶瓷相，已作为防护涂层得到广泛应用。但其高脆性使其容易突然断裂失效，降低其在极端工况下可靠性。克服脆性制约是领域内长期挑战与难题。国内外研究已建立基于价电子浓度（VEC）与核心电子数（CEC）精准描述符的化学成分固溶设计理论。然而，除本征化学键特性外，涂层的性能还受晶粒尺寸、结晶取向以及缺陷等综合因素的影响，实际上涂层力学性能（如硬度）往往偏离理论预测值。我们基于TEM综合位错分析，发现高VEC-CEC元素Mo的固溶削弱TiN 涂层位错核心应力集中，其制备态纳米晶中储存了大量纳米尺寸位错，并在变形过程中发生位错增值，密度提高50%。对固溶、压应力、晶粒尺寸和位错密度对力学性能的定量分析表明，高密度位错及其增值对硬度和韧性均有显著贡献。该研究为陶瓷涂层力学性能起源提供了新见解，为利用缺陷进行陶瓷涂层力学性能改性奠定了基础。
然后， MAX相是一类新兴的拥有原子层状结构的陶瓷材料，具有优异抗高温氧化和耐腐蚀性能，在航空航天、海洋核能防护方面有很高的应用潜力，但受限于弱基面金属键和超高变形各向异性（c/a>4，是Mg的2倍以上），其强韧双低。我们通过原子沉积bottom-up方法，克服了常规烧结、热压成型过程难以精确控制晶粒尺寸的问题，可控制备了晶粒尺寸0-100 nm的Cr2AlC MAX相涂层，同时排除了取向和残余应力的影响，孤立出晶粒尺寸的单因素，并研究其对力学性能影响。结果表明，纳米晶化大幅提升MAX相强度/硬度的同时极大地削弱变形各向异性，在室温下首次系统观察到基面、锥面、柱面全滑移系激活，获得了接近金属的塑性与变形模式。该工作揭示了MAX相”纳米晶强韧化“的独特性质与陶瓷相各向异性的尺寸依赖性，为极端环境服役用高性能结构-功能一体化MAX相材料开发提供了理论指导和实践经验。

陶瓷涂层,强韧化,位错