自麻省理工学院从事博士后研究时期起，弗吉尼亚理工大学材料科学与工程副教授余杭便致力于攻克形状记忆陶瓷规模化制备易碎裂的难题。如今，他与博士生唐尼·厄布及博士后研究员尼基尔·戈塔瓦拉携手取得重大突破。

研究团队采用名为"增材摩擦搅拌沉积"的先进制造技术，将功能性陶瓷颗粒嵌入金属基体，创造出一种高强度、无缺陷的新型复合材料。该材料能在应力作用下发生相变以耗散能量，且不同于传统脆性陶瓷，可在3D打印状态下实现全致密批量成型，为国防、基础设施、航空航天乃至高性能运动装备等领域开辟了实用化应用前景。

破解脆性陶瓷的规模化困局
余杭团队并非首个尝试破解形状记忆陶瓷密码的研究组。这类能在应力或热作用下改变内部结构并恢复原状的材料，无需齿轮或活动部件即可实现运动或能量吸收（类似镍钛合金的特性），但因陶瓷脆性问题始终难以规模化制备。

"我从事博士后期间，导师团队曾在《科学》期刊发表论文，证明在微米尺度制备时陶瓷脆性不再成为主要障碍，并能观测到形状记忆效应，"余杭回忆道，"但无人能解决其结构应用的放大难题——材料总会碎裂。"新方法通过将微小形状记忆陶瓷颗粒植入金属基体（余杭比喻为"将巧克力豆融入面团"），再通过增材摩擦搅拌沉积设备高速旋转使原料融合而非熔化，最终获得陶瓷颗粒均匀分布且能协同相变而不破坏整体结构的复合金属。

"这项研究首次通过可扩展的固态3D打印工艺，实现了块体形状记忆陶瓷-金属基复合材料的制备。"余杭强调。

从实验室到产业应用的桥梁
这种首次在宏观块体尺度实现应力诱导相变的新材料，有望成为连接学术创新与产业应用的桥梁。其潜在应用包括国防系统的减震抗冲击、航空航天结构件、基础设施工程乃至运动器材——例如在保持轻量化的同时，用陶瓷增强金属制造高尔夫球杆杆身以降低振动。

"这种复合材料为已有特定应用场景的金属增添了功能，"厄布解释道，"这如同'梦想成真'的情境：只要我们造出来，就有人会发现其独特应用价值。前人已证明该材料在微米尺度有效，而我们宣告'现在你可以任意取用所需量级'——我们实现了尺度的跨越。"

先进制造研究的新里程碑
这项成果凸显了弗吉尼亚理工大学在先进制造研究领域的领军地位。作为"弗吉尼亚理工制造：先进制造中心"的成员，余杭曾在美国国家科学基金会和陆军研究实验室资助下持续探索增材摩擦搅拌沉积技术的应用潜力。

"这种复合材料极其有趣，我对陶瓷形状记忆功能的研究始于博士后阶段，如今我主要以增材摩擦搅拌沉积技术闻名。现在能将这两大研究方向融合并开拓关键应用，实在令人兴奋。"余杭表示。这项突破不仅推动了多功能复合材料的发展，更展示了固态增材制造技术在实现高性能异质材料集成方面的巨大潜力。