结构

氮化硅作为重要的结构陶瓷材料，具有α、β和γ等多种同质异构体，不同晶型在力学性能方面表现出显著差异。

刘书成（第一作者），吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室博士生研究生，主要从事结构陶瓷增韧相关研究。

该研究表明，相变过程不仅能够改变材料的晶体结构，更可以作为主动设计多相材料组成、微观组织和界面结构的重要工具，为利用相变动力学实现结构陶瓷的多相协同设计提供了新的思路。

高硬度与高韧性之间往往存在“此消彼长”的权衡关系，是结构材料领域长期面临的经典难题。

主要从事高温高压合成高性能新型结构材料的研究与应用。

其中，高硬度γ相提供主要强化作用，高长径比β晶粒则通过裂纹偏转、阻滞、再起裂、分叉和桥接等机制有效提升断裂韧性，而相变过程中原位形成的良好界面键合则促进了不同晶型之间的协同承载与裂纹调控，为宏观力学性能的协同提升提供了微观结构基础。

然而，γ相形成过程中快速的相变动力学及显著的体积收缩易导致局部结构缺陷，并增加多相组织调控与界面构筑的难度。

基于不同相变路径之间的动力学差异，团队提出“析出—致密化”相变调控策略：以α-Si3N4为前驱体，首先促进γ相快速形核析出，随后通过降低温度调控γ相的长大动力学，减缓快速长大及相变收缩对局部结构演化的不利影响，同时促进残余α相向β相转变和陶瓷逐步致密化，从而实现不同晶型之间良好的界面键合，最终构筑出α、β和γ三相均匀分布的氮化硅原位复合陶瓷。