要么韌性很好但強度不夠，要么強度夠了韌性又不行，被稱為“21世紀金屬”的“鈦”在強度和韌性方面總是不能兩全其美。昨天，南京理工大學傳出消息，該校材料科學與工程學院朱運田教授團隊經(jīng)過多年努力，終于找到了兩全方法。國際頂尖學術(shù)期刊《美國國家科學院院刊》近日發(fā)表了他的這項最新研究成果，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”金屬雖然沒有鋼、鐵的知名度高，但由于密度低、很輕，近年來被廣泛應(yīng)用于飛機、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、醫(yī)療等領(lǐng)域，逐漸走進了公眾的視野。
據(jù)介紹，強度和塑性是衡量金屬材料優(yōu)劣與否的兩大重要力學性能。所謂強度，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，而當晶粒尺寸減小至納米尺寸時，其強度在顯著提升的同時，也喪失了幾乎全部的拉伸塑性。”朱運田介紹，如何能夠通過一種有效的技術(shù)手段，讓鈦同時獲得超細晶的高強度、粗晶的大拉伸塑性就成了世界材料科學家們一直在研究的課題。
通過反復(fù)試驗，朱運田團隊在鈦金屬中設(shè)計了一種全新的微觀結(jié)構(gòu)，以高強度的超細晶“硬”層為基體，上面鋪上粗晶“軟”層，終于實現(xiàn)鈦的高強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)，通過工業(yè)上最普遍的成型技術(shù)就可以實現(xiàn)。
“這意味著，該成果在工業(yè)上已具備規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用的前景?！敝爝\田團隊李玉勝老師舉例，由于鈦是生物兼容性最好的金屬，和人體器官間沒有排斥，所以是牙套等醫(yī)療器械的首選材質(zhì)，但又因為鈦的強度不夠，牙套經(jīng)常會被硬物磕壞，目前的方法是在鈦金屬中加入其他合金材料以達到所需強度，“將來如果用上純鈦，對人體的健康將更有利?！?