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图（a）转角层状氮化硼陶瓷由三维互锁的纳米片构成，每个纳米片由具有不同转角的层状基元堆叠而成；（b）陶瓷在室温下单轴压缩变形前后的照片；（c）转角层状氮化硼陶瓷与传统陶瓷块材的室温变形能力、塑性和强度的对比
在国家自然科学基金项目（批准号：52288102、91963203、52325203、52202071、52090020）等资助下，燕山大学田永君院士团队与国内外学者合作，在塑性陶瓷研究方面取得突破性进展，相关成果以“具有高变形能力和强度的转角层状氮化硼陶瓷（Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength）”为题，于2024年2月21日发表在《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07036-5。
陶瓷具有轻质、高强等优点，但在室温下缺乏塑性，容易发生脆性断裂，成为其工程应用的致命弱点。实现陶瓷室温塑性这一科学目标一直面临巨大挑战，尽管在高温或微纳尺度下取得了一些进展，但迄今未能实现陶瓷块材在室温下的永久塑性。
该研究团队利用洋葱结构氮化硼热压和放电等离子烧结过程中的结构相变，合成出一种层状基元转角序构的氮化硼陶瓷块材。这种陶瓷中的氮化硼纳米片呈三维互锁结构，每个纳米片由相对转动不同角度的平行薄片（几层到十几层厚度）为结构基元堆叠而成（图）。这种转角层状氮化硼陶瓷块材具有超乎想象的室温变形能力：在单轴压缩条件下，断裂应变高达14%，比传统陶瓷块材高出一个数量级。令人惊奇的是，这种转角层状氮化硼陶瓷在强度提升至层状六方氮化硼陶瓷6-10倍的情况下，卸载后的永久塑性变形竟然高达~8%，打破了结构材料强度和塑性难以同时提升的传统认知。这种强塑性提升的协同一方面源于转角序构的引入，使材料本征变形能力提升2个数量级；另一方面源于三维互锁的显微组织结构，阻断了扭折、分层、涟漪、位错等的传播，将变形局限在单个纳米片的内部。从而，突显了本征变形能力的贡献而削弱了晶界的负面作用。
该研究团队合成的转角层状氮化硼陶瓷不仅具有高强度和高塑性，还具有高的能量吸收能力和抗疲劳特性，为未来研制高性能的密封件、阻尼元件、防护装甲等产品提供了研究基础。该研究提出的材料设计和合成策略理论上可扩展到其他层状材料，例如石墨、MAX相陶瓷等，为进一步开发其他体系的塑性陶瓷提供了指导和借鉴。