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納米孿晶金剛石復(fù)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(fù)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(jī)晶體材料。如何協(xié)同提高其硬度和韌性一直是材料科學(xué)研究面臨的重要挑戰(zhàn)之一。燕山大學(xué)團(tuán)隊(duì)的前期研究已經(jīng)證實(shí)，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(shí)，斷裂韌性能夠提高到與硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)乃健?/span>

燕山大學(xué)與北京航空航天大學(xué)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(tuán)隊(duì)制備出了一種具有多級(jí)結(jié)構(gòu)特征的金剛石復(fù)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(jí)組裝而成。這種組織實(shí)現(xiàn)了納米孿晶增韌、疊層復(fù)合增韌和相變?cè)鲰g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(dāng)。

本工作不僅實(shí)驗(yàn)確認(rèn)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(jī)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