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图1 片层界面主导断裂行为及RT判据
在国家自然科学基金项目（92163215、51731006、51771093、91860104）资助下，南京理工大学陈光教授研究团队在轻质耐热聚片孪生TiAl单晶高性能材料断裂行为研究方面取得重要进展。研究成果以“片层界面主导断裂行为（Interlamellar boundaries govern cracking）”为题，于2021年6月16日在线发表在《材料学报》（Acta Materialia）杂志。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421004717。
TiAl金属间化合物的理论密度仅有3.9，不到镍基高温合金的1/2，是迄今唯一能够在600℃以上氧化环境长期使用的轻质金属材料。聚片孪生TiAl单晶攻克了现有TiAl合金室温脆性大和承温能力低两大难题，实现了强度、塑性和蠕变抗力的优异结合。然而，聚片孪生TiAl单晶断裂行为研究处于空白，制约了实际应用。为此，该团队系统研究了聚片孪生TiAl单晶的断裂行为，发现聚片孪生TiAl单晶与所有公开报道的片层材料相反，Type II断裂韧性高于Type I（图1）。微观组织和计算模拟分析表明，聚片孪生TiAl单晶的Type I试样变形过程中，共格界面抑制分层、阻碍位错运动并触发变形孪晶，后续位错集中于裂纹前端变形孪晶界面处，Type I裂纹穿透片层快速扩展。非共格界面片层材料，Type I裂纹在片层界面发生偏转，裂纹尖端钝化，Type I断裂韧性大于Type II。据此，该团队提出了片层材料RT（RT = Ttype I / Ttype II）判据：RT＜1为共格界面；RT＞1为非共格界面。
聚片孪生TiAl单晶是南京理工大学陈光教授研究团队的原创性成果，中国航空发动机集团组织的科技成果鉴定评价：具有原创性、突破性、引领性、基础性和工程适用性，总体技术居于国际领先水平。对引领轻质高温结构材料发展、提高我国航空发动机等航空航天武器装备性能具有特别重要的意义。近年来，该团队在国家自然科学基金的持续资助下，在聚片孪生TiAl单晶的可控制备、力学特性和强韧化机制研究上取得了一系列进展，相关研究见已发表的论文，如： Nature Materials, 15, 876-881, (2016)；金属学报, 54(5), 669-681, (2018); Materials Science & Engineering A, 732, 14–20, (2018); Corrosion Science, 188, 109538 (2021); Journal of Materials Science & Technology, 93, 53-59, (2021)；Intermetallics,128, 106995, (2021)。