As unidades estruturais núcleo-casca, constituídas por um núcleo rígido e uma casca mole, demonstraram ser uma estratégia eficaz para aumentar a tenacidade da cerâmica. Os mecanismos de endurecimento das unidades estruturais core-shell podem ser atribuídos a vários fatores:

Deflexão e ponte de fissuras:A presença da casca mole pode induzir deflexão e ponte de fissuras, o que dissipa efetivamente a energia das fissuras em propagação. Quando uma trinca encontra uma unidade estrutural núcleo-casca, ela tende a desviar ao longo da interface entre o núcleo e a casca, em vez de se propagar diretamente através da matriz cerâmica. Este mecanismo de deflexão de fissuras ajuda a aumentar a tenacidade do material.

Dissipação de energia:O soft shell pode sofrer deformação plástica ou viscoelástica, que consome energia e dissipa a concentração de tensão na ponta da trinca. Este mecanismo de dissipação de energia ajuda a reduzir a força motriz para a propagação de trincas e a melhorar a tenacidade da cerâmica.

Tenacidade por transformação de fase:Em alguns casos, as unidades estruturais núcleo-invólucro podem sofrer tenacidade por transformação de fase. Por exemplo, quando o núcleo é feito de uma fase metaestável, ele pode se transformar em uma fase mais estável sob o campo de tensão da trinca em propagação. Esta transformação de fase pode induzir expansão de volume e gerar tensões de compressão ao redor da ponta da trinca, o que pode efetivamente impedir a propagação da trinca e aumentar a tenacidade da cerâmica.

Ponte e arrancamento de fissuras:O núcleo rígido pode atuar como uma ponte para conectar as superfícies da fissura e resistir à abertura da fissura. Quando uma trinca se propaga através de uma matriz cerâmica contendo unidades estruturais núcleo-casca, os núcleos rígidos podem unir as superfícies da trinca e impedir que a trinca se abra ainda mais. Além disso, a casca mole pode promover o arrancamento dos núcleos rígidos da matriz, o que também contribui para o endurecimento da cerâmica.

Ao combinar esses mecanismos de tenacidade, as unidades estruturais núcleo-casca podem melhorar significativamente a tenacidade da cerâmica, tornando-as mais resistentes à fratura e aos danos. Isto torna as unidades estruturais core-shell uma abordagem promissora para o desenvolvimento de materiais cerâmicos avançados com propriedades mecânicas aprimoradas.