【機電系提供】被譽為下一代航太引擎、核能設備等極端環境材料的重要候選者──碳化矽（Silicon Carbide, SiC），因具有高強度、耐高溫及耐腐蝕等特性，近年備受全球關注。然而，它雖然堅硬，卻也相當脆，受到外力時容易產生裂痕，成為實際工程應用的一大挑戰。國立中山大學機械與機電工程學系助理教授李伯軒，與英國牛津大學、布里斯托大學組成跨國研究團隊，首次完整解析碳化矽在高溫環境下的破裂機制，成功揭開材料在極端環境中如何「裂開」的重要關鍵，研究成果可望為航太、核能及高溫半導體等新世代材料設計提供重要依據。

許多人以為材料越硬越耐用，但事實上，「硬」不代表「不會裂」。李伯軒表示，碳化矽雖然具有優異的耐高溫、高強度特性，但若要真正應用於飛機引擎、太空載具或核能設備等高溫環境，關鍵並非室溫下的性能，而是材料在高溫運作時裂紋如何產生和擴展，這也是國際材料界長期關注的重要課題。

這項研究延續李伯軒博士期間建立的高溫奈米力學測試技術，並結合英國研究團隊在力學模擬及電子顯微鏡分析的專長，透過高溫奈米壓痕、3D聚焦離子束斷層掃描（3D-FIB tomography）及晶體塑性模擬等技術，從實驗觀察到電腦模擬，完整追蹤碳化矽在不同溫度下裂紋形成的過程。

研究團隊發現，當碳化矽加熱至約攝氏400度後，裂紋的生長方式會出現明顯變化，不僅裂紋方向改變，材料內部還會形成過去傳統電子顯微鏡難以觀察的立體裂紋結構。研究人員進一步透過3D斷層掃描技術，首次完整重建立體裂紋形貌，並證實這項改變與高溫下材料內部晶體缺陷開始移動有關，成功解答材料在高溫下破裂機制的重要科學問題。

除了觀察裂紋，團隊也提出新的破裂能量分析方法。研究人員利用3D重建出的裂紋表面積，搭配奈米壓痕測試數據，成功計算材料在不同溫度下的破裂能量，並突破傳統破裂量測手法的限制；再透過電腦模擬驗證分析結果，建立更完整的材料破裂分析工具，未來可望加速耐高溫材料的研發與設計。

李伯軒指出，研究所使用的高溫奈米壓痕與3D聚焦離子束斷層掃描技術，目前已可在中山大學半導體聯合實驗室完整執行，未來將持續支援校內外先進合金、陶瓷及半導體材料的高溫力學研究，協助開發更安全、更耐用的新世代材料，並為航太、能源及半導體等高科技產業提供重要的科學基礎。

（公共事務組編修）