在人造的韧性材料中,一些诸如裂纹之类的微观损伤就能降低材料的服役寿命。像骨骼这类的生物复合材料,因其具有精细的多级微结构,可以很好地抵御裂纹,但却不具有高的延展性能。现在,有一项研究成功化解了这种互不兼容的矛盾。
上海大学钟云波教授团队联合北京科技大学王沿东教授团队合作,展示了一种定向凝固的原位复合材料-共晶高熵合金(EHEA),成功地协调了裂纹容限和高延伸率。可控凝固后的共晶高熵材料呈现出一种新型的多级共晶鱼骨结构,能够实现仿生的多级裂纹缓冲。这种效应结果诱导了稳定、持续、沿晶体学迹线生长的微裂纹,因而在塑性差的共晶层片中形成了高密的多重微裂纹。惊讶的是,相邻的动态应变硬化韧性共晶层片可以施加给这些裂纹一种多级的裂纹缓冲效应,因而有效地避免了裂纹不可控的灾难性生长和破坏。研究的自缓冲共晶鱼骨高熵材料产生了超高的均匀拉伸延伸率(约50%),是传统不具备缓冲能力EHEAs的3倍,且没有牺牲强度。
这项成果以题为“Hierarchical crack buffering triples ductility in eutectic herringbone high-entropy alloys”发表在了Science。上海大学为第一署名单位,上海大学钟云波教授、德国马克斯-普朗克研究所D. Rabbe教授和北京科技大学的王沿东教授为共同通讯作者,钟云波教授指导的上海大学18级博士生时培建为第一作者。