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納米孿晶金剛石復合材料的HAADF-STEM像

圖中3C代表立方結(jié)構(gòu)金剛石，2H、4H、9R和15R分別代表立方結(jié)構(gòu)金剛石的4種多型體。

納米孿晶金剛石復合材料和典型工程材料的硬度和斷裂韌性

金剛石是已知材料中脆性最大的無機晶體材料。如何協(xié)同提高其硬度和韌性一直是材料科學研究面臨的重要挑戰(zhàn)之一。燕山大學團隊的前期研究已經(jīng)證實，通過顯微組織的納米孿晶化可以協(xié)同提高金剛石的硬度和韌性：在維氏硬度提高到200GPa的同時，斷裂韌性能夠提高到與硬質(zhì)合金相當?shù)乃健?/span>

燕山大學與北京航空航天大學等單位合作提出了金剛石增韌的新思路。通過組織調(diào)控，該團隊制備出了一種具有多級結(jié)構(gòu)特征的金剛石復合材料，該材料由金剛石多型體、交織的3C金剛石納米孿晶和互鎖的金剛石納米晶粒分級組裝而成。這種組織實現(xiàn)了納米孿晶增韌、疊層復合增韌和相變增韌的協(xié)同，在保持200GPa維氏硬度的情況下，將納米孿晶金剛石的斷裂韌性再次提高到26.6 MPam^0.5，該值約為人工合成金剛石斷裂韌性的5倍，已高于鎂合金且與鋁合金相當。

本工作不僅實驗確認了2H、4H、9R和15R四種sp³雜化金剛石多型體的存在，而且發(fā)現(xiàn)的協(xié)同增韌機制為發(fā)展高韌性超硬材料和工程陶瓷提供了新的途徑。本工作共同第一作者為岳永海、高宇飛、胡文濤和徐波，通訊作者為周向鋒、郭林和田永君。

論文鏈接為：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2361-2