要么韌性很好但強(qiáng)度不夠，要么強(qiáng)度夠了韌性又不行，被稱(chēng)為“21世紀(jì)金屬”的“鈦”在強(qiáng)度和韌性方面總是不能兩全其美。昨天，南京理工大學(xué)傳出消息，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院朱運(yùn)田教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年努力，終于找到了兩全方法。國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》近日發(fā)表了他的這項(xiàng)最新研究成果，該成果使得可隨意變形又不易磕壞的純鈦牙套有望面市。
“鈦”金屬雖然沒(méi)有鋼、鐵的知名度高，但由于密度低、很輕，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、醫(yī)療等領(lǐng)域，逐漸走進(jìn)了公眾的視野。
據(jù)介紹，強(qiáng)度和塑性是衡量金屬材料優(yōu)劣與否的兩大重要力學(xué)性能。所謂強(qiáng)度，是指在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。所謂塑性，是指在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不致引起破壞的能力。
“金屬的強(qiáng)度和拉伸塑性通常取決于其內(nèi)部晶粒尺寸的大小。傳統(tǒng)的粗晶一般具有較大的拉伸塑性，而當(dāng)晶粒尺寸減小至納米尺寸時(shí)，其強(qiáng)度在顯著提升的同時(shí)，也喪失了幾乎全部的拉伸塑性?！敝爝\(yùn)田介紹，如何能夠通過(guò)一種有效的技術(shù)手段，讓鈦同時(shí)獲得超細(xì)晶的高強(qiáng)度、粗晶的大拉伸塑性就成了世界材料科學(xué)家們一直在研究的課題。
通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，朱運(yùn)田團(tuán)隊(duì)在鈦金屬中設(shè)計(jì)了一種全新的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，以高強(qiáng)度的超細(xì)晶“硬”層為基體，上面鋪上粗晶“軟”層，終于實(shí)現(xiàn)鈦的高強(qiáng)度與可塑性的完美結(jié)合。尤其令人驚喜的是，這種全新的鈦金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)工業(yè)上最普遍的成型技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。
“這意味著，該成果在工業(yè)上已具備規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的前景?！敝爝\(yùn)田團(tuán)隊(duì)李玉勝老師舉例，由于鈦是生物兼容性最好的金屬，和人體器官間沒(méi)有排斥，所以是牙套等醫(yī)療器械的首選材質(zhì)，但又因?yàn)殁伒膹?qiáng)度不夠，牙套經(jīng)常會(huì)被硬物磕壞，目前的方法是在鈦金屬中加入其他合金材料以達(dá)到所需強(qiáng)度，“將來(lái)如果用上純鈦，對(duì)人體的健康將更有利?！?