Fig. 1:Propagação da trinca introduzida no compósito Al2O3 / Ti (a) e trincas cicatrizadas após anodização à temperatura ambiente (b, c e d), onde as rachaduras no titânio disperso (partículas brancas), bem como parte das rachaduras na cerâmica Al2O3 foram preenchidas pelos óxidos de titânio formados. A resistência à fratura de compósitos rachados diminuiu muito, mas foi quase totalmente recuperado ao seu nível original (direita). Crédito:Universidade de Osaka
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Osaka demonstrou que rachaduras induzidas em compósitos consistindo de alumina (Al 2 O 3 ) cerâmica e titânio (Ti) como fase dispersa podem ser curados à temperatura ambiente, uma estreia mundial. Este método de cura de cerâmica permite a cura de fissuras mesmo em um estado em que as peças de cerâmica são montadas em dispositivos a um custo baixo e sem usar processos complicados de tratamento térmico de alta temperatura que requerem quantidades significativas de energia.
Embora vários tipos de compósitos de metal-cerâmica tenham sido pesquisados e desenvolvidos, sua combinação e estruturas finas eram limitadas por causa das diferenças nos tipos de ligação cerâmica-metal, reatividade química, e o tamanho de partícula do pó metálico disponível comercialmente.
Essa equipe superou essas restrições otimizando os processos de síntese e sinterização. Em 2018, eles produziram Al 2 O 3 / Compósitos de Ti com uma estrutura de percolação controlando o conteúdo de Ti adicionado e otimizando o tamanho de partícula do pó de Ti metálico e os processos de sinterização, melhorando a resistência à fratura e a condutividade elétrica do Al 2 O 3 / Compostos de Ti. (Comunicado à Imprensa da Universidade de Osaka, 28 de novembro de 2018)
Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que a anodização eletroquímica ocorreu em Al 2 O 3 / Compostos de Ti. Além disso, eles desenvolveram um método de cura em temperatura ambiente para curar rachaduras induzidas em Al 2 O 3 / Compósitos de Ti usando o fenômeno de anodização sem tratamento térmico, recuperando a resistência dos compósitos ao seu nível original, uma estreia mundial. Os resultados desta pesquisa foram publicados no Jornal da American Ceramic Society .
Para curar cerâmicas, a cura de rachaduras por reação química (capacidade de autocura) foi estudada, mas um tratamento de alta temperatura de 1, 000 ℃ ou mais foi necessário para causar uma reação química e / ou uma reação de difusão, a chamada re-sinterização.
Além disso, porque os métodos de reparo de fissuras usando adesivo de resina (por exemplo, resina epóxi) ou cimento cerâmico tinham um limite de adesão entre a cerâmica e a resina ou o cimento cerâmico, foi difícil recuperar totalmente a resistência à fratura ao seu nível original.
Neste estudo, os pesquisadores alcançaram alta condutividade elétrica por meio da dispersão homogênea de Ti, demonstrando a cura de fissuras em temperatura ambiente em Al 2 O 3 / Compósitos de Ti por anodização sem tratamento térmico e recuperação total da resistência à fratura ao seu nível original pela primeira vez no mundo.
Em experimentos usando compósitos cuja resistência à fratura diminuiu devido a trincas introduzidas (gráfico na Figura 1), eles demonstraram:
O autor sênior Tohru Sekino diz:"Os resultados do nosso estudo também podem ser aplicados a sistemas de compósitos à base de cerâmica diferentes de Al 2 O 3 / Compósitos de Ti como um novo método de cura de fissuras para cerâmica, e uma técnica para garantir a confiabilidade das próprias cerâmicas. Al 2 O 3 Os compostos / Ti serão desenvolvidos em materiais multitarefa que permitem múltiplas funções e aplicações de acordo com sua finalidade e uso. "