p Compósitos de matriz cerâmica (CMCs) são materiais incrivelmente fortes usados ​​em motores a jato, turbinas a gás, e ferramentas de corte para superligas de níquel. Óxido de alumínio (Al ₂ O ₃ ) é duro e quimicamente inerte, e carboneto de tungstênio (WC) é usado como um material superduro, mas esforços anteriores para criar um AI ₂ O ₃ -WC CMC produziu resultados insatisfatórios. Recentemente, um estudo de cientistas japoneses, publicado em Relatórios Científicos , mostra que a adição de átomos de zircônio resulta em melhora de Al ₂ O ₃ -WC CMCs. p Dada a utilidade potencial do Al ₂ O ₃ -WC CMCs como materiais superduros, pesquisadores em todo o mundo testaram várias formulações para identificar uma com alta resistência à flexão, que é uma medida da tensão física a que um material pode ser submetido antes de dobrar ou quebrar permanentemente. Anteriormente, nenhum grupo desenvolveu um Al ₂ O ₃ -WC CMC com resistência à flexão superior a 1 gigapascal, o que significava que aqueles Al anteriores ₂ O ₃ -WC CMCs não poderia superar os materiais CMC existentes. Na tentativa de alcançar uma maior resistência à flexão, a mencionada equipe de cientistas do Japão realizou um estudo, que foi liderado por cientistas da Universidade de Nagoya, em colaboração com NGK Spark Plug Co., Ltd. Em seu estudo, os cientistas experimentaram adicionar pequenas quantidades de dióxido de zircônio (ZrO ₂ ) durante a criação de Al ₂ O ₃ -WC CMCs. Esta adição rendeu Al "superhard" ₂ O ₃ -WC CMCs com resistência à flexão superior a 2 gigapascais. Como pesquisadores principais, Dr. Tomohiro Nishi e Dr. Katsuyuki Matsunaga observam, "Este é um ponto alto de todos os tempos no campo."

p Notavelmente, os pesquisadores alcançaram essas melhorias consideráveis ​​na resistência à flexão com uma adição relativamente modesta de ZrO2. O aditivo representou menos de 5% da massa do Al acabado ₂ O ₃ -WC CMCs, que é menor do que a quantidade de aditivo normalmente presente em CMCs com aditivo aprimorado. Quando os investigadores estudaram as estruturas de seu Al intensificado por ZrO2 superduro ₂ O ₃ -WC CMCs usando um método chamado microscopia eletrônica de transmissão de varredura de resolução atômica, eles descobriram que os átomos de Zr estavam localizados em camadas finas entre folhas de Al ₂ O ₃ e WC. No que diz respeito às interfaces entre o Al ₂ O ₃ e lençóis de WC, Dr. Nishi e Dr. Matsunaga afirmam, "Essas interfaces são geralmente pontos fracos no que diz respeito às propriedades mecânicas." Portanto, a interface entre as folhas é um local plausível para os átomos de Zr exercerem efeitos que fortalecem o Al ₂ O ₃ -WC CMCs. De fato, quando os investigadores modelaram os efeitos dos átomos de Zr usando técnicas de um campo da física matemática conhecido como teoria do funcional da densidade, seus resultados indicaram que uma camada interfacial de átomos de Zr aumentaria a estabilidade de seus CMCs.

p Os investigadores prevêem um futuro brilhante para seus novos CMCs. Comentando sobre suas aplicações potenciais, Dr. Matsunaga afirma, "Os materiais que desenvolvemos podem ser usados ​​como materiais superduros em dispositivos de usinagem para o corte de componentes metálicos duros a serem usados ​​em aviões e automóveis." Na verdade, eles observam que os engenheiros da NGK Spark Plug Co. já comercializaram os materiais como componentes de ferramentas de corte.

p A criação desses Al aprimorados ₂ O ₃ -WC CMCs serve como um exemplo das melhorias consideráveis ​​nas propriedades físicas que podem ser alcançadas com adições relativamente pequenas a um material.

p O papel, "Materiais compostos superduros avançados com resistência mecânica extremamente aprimorada por segregação interfacial de dopantes diluídos, "foi publicado no jornal Relatórios Científicos em 3 de dezembro, 2020.