Unidades estruturais núcleo-casca apresentam excelente efeito de endurecimento para cerâmica
(a, b) Imagens BSE de superfície polida com trincas de Al2 O3 -B4 C@TiB2 cerâmica composta. (c) Diagrama esquemático para propagação de fissuras. Crédito:Journal of Advanced Ceramics, Tsinghua University Press A têmpera sempre foi uma importante direção de pesquisa em cerâmicas estruturais. A adição de fases secundárias à matriz cerâmica para preparar cerâmicas compostas é um caminho eficaz de tenacidade no campo da cerâmica estrutural.
Tanto o tipo de fase quanto a microestrutura das fases secundárias desempenham um papel decisivo no efeito de tenacidade da matriz cerâmica. Sendo diferente da fase independente convencional como fase secundária, B4 C@TiB2 A unidade estrutural core-shell foi propositadamente projetada como um tipo inovador de fase secundária para fortalecer o Al2 O3 matriz cerâmica, proporcionando um novo conceito para estudos de tenacidade de cerâmicas estruturais.
Uma equipe de cientistas de materiais liderada por Zhixiao Zhang, da Universidade de Engenharia de Hebei, em Handan, China, preparou recentemente com sucesso uma espécie de Al2 O3 cerâmica composta temperada por B4 C@TiB2 unidades estruturais core-shell consistindo no B4 Núcleo C delimitado pelo TiB2 concha.
As unidades estruturais núcleo-casca servindo como fase de tenacidade composta de Al2 O3 a cerâmica pode romper o atual gargalo de tenacidade do Al2 O3 cerâmicas compostas temperadas usando fases independentes e alcançam uma melhoria adicional na tenacidade à fratura do Al2 O3 cerâmica.
A equipe publicou seu trabalho no Journal of Advanced Ceramics .
“Neste trabalho preparamos Al2 O3 cerâmica composta temperada por B4 C@TiB2 unidades estruturais core-shell através de uma combinação de metodologia de sal fundido e sinterização por plasma spark. Ao contrário das configurações convencionais onde TiB2 e SiC permanecem isolados e dispersos independentemente em Al2 O3 matriz cerâmica, as duas fases secundárias neste Al2 O3 os compósitos constituem estruturas compostas núcleo-casca que podem induzir um comportamento de tenacidade sinérgico multidimensional."
"O efeito de endurecimento produzido por unidades estruturais núcleo-casca é impossível de ser alcançado por fases independentes", disse o Dr. Zhixiao Zhang, autor correspondente do artigo, professor da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Engenharia de Hebei. O professor Zhang também é o maior talento da província de Hebei, na China, e vice-reitor da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Engenharia de Hebei.
O B4 C@TiB2 unidades de têmpera núcleo-casca consistem em um B4 de tamanho mícron Núcleo C envolto por um invólucro de aproximadamente 500 nm de espessura, composto de numerosos TiB2 nanométricos grãos. As regiões que circundam essas unidades núcleo-casca exibem estruturas geométricas distintas e abrangem variações multidimensionais na composição de fases, dimensões de grãos e coeficientes de expansão térmica.
Consequentemente, surgem intrincadas distribuições de tensões, promovendo assim a propagação de fissuras em múltiplas dimensões. Este comportamento consome uma quantidade considerável de energia de propagação de fissuras, aumentando assim a tenacidade à fratura do Al2 O3 matriz cerâmica. O Al2 resultante O3 cerâmicas compostas produzem uma tenacidade à fratura aprimorada de até 6,92 MPa·m
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"Este novo conceito e o mecanismo de tenacidade correspondente de utilização da unidade estrutural núcleo-casca como uma fase secundária para melhorar a tenacidade da matriz cerâmica podem fornecer uma nova perspectiva e base teórica para a pesquisa de tenacidade de outras cerâmicas estruturais." Zhixiao Zhang disse.
O próximo passo é expandir a forma e a composição de fases das unidades estruturais núcleo-invólucro, incluindo partículas estruturais núcleo-invólucro, bigodes, fibras, tubos ou placas, que consistem em vários tipos de fases. Além disso, essas unidades estruturais núcleo-casca podem ser estendidas ainda mais para endurecer uma variedade de estruturas cerâmicas, como B4 C, TiB2 , SiC, etc.
Enquanto isso, será realizado um estudo sistemático sobre o mecanismo de tenacidade de unidades estruturais core-shell como fases de tenacidade compostas. O objetivo final é desenvolver um novo sistema teórico de tenacidade baseado em unidades núcleo-casca que endurecem a matriz cerâmica.
