The rise of plastic deformation in boron nitride ceramics

传统陶瓷材料的刚性结构变形能力非常有限, 通常在很小的 应变下就发生断裂. 具有层状原子结构的陶瓷, 原子层间存在较弱 的相互作用, 因而具有大的变形潜力. 我们以氮化硼(BN)为例, 研 究了该类陶瓷的室温压缩行为. 分别以洋葱结构BN纳米颗粒和石 墨状六方BN纳米片为原料, 采用放电等离子烧结(SPS)技术分别制 备了BN-I和BN-II陶瓷材料. 在BN-I中, 随机取向的BN纳米薄片构 成三维互锁的结构, 而在BN-II中, BN纳米薄片表现出垂直于SPS压 缩方向的择优取向. BN-I的压缩强度为343 MPa, 断裂应变为4.2%. 相比之下, BN-II的强度和应变分别为112 MPa和2.2%. 不同的微观 组织结构导致了BN-I和BN-II压缩性能的差异. 此外, 这两种陶瓷 材料均表现出1.1%的塑性变形. 该研究表明, 对于具有层状原子结 构的陶瓷, 其纳米片作为结构基元构筑成无(或低)择优取向的三维 互锁结构, 有望同时提高其强度和变形能力.