Os materiais cerâmicos resistentes a rachaduras são usados ​​em uma variedade de indústrias, da engenharia aeroespacial à odontologia. Endurecê-los para melhorar sua eficiência e segurança é, portanto, uma área importante de investigação. Pesquisadores da Universidade de Tsukuba usaram difração de raios-X resolvida no tempo para observar o endurecimento de transformação em cerâmicas de zircônia durante a fratura dinâmica. Suas descobertas são publicadas em Cartas de Física Aplicada .

Os métodos atuais de observação permitem a formação de fissuras nos materiais a serem observadas in situ durante a aplicação das cargas. Essas análises de close-up podem capturar mudanças em uma escala muito pequena com resolução rápida, fornecendo imagens claras de fraturas e de como o material resiste a elas durante o endurecimento.

Contudo, o endurecimento por transformação de materiais cerâmicos está relacionado a mudanças em seu arranjo no nível atômico, que não pode ser visto com as técnicas disponíveis. Obter uma imagem em tempo real de tais transformações na estrutura do cristal é importante para obter uma imagem completa de como os materiais respondem ao carregamento dinâmico.

Os pesquisadores, portanto, usaram a difração de raios-X resolvida no tempo para seguir o comportamento de policristais de zircônia tetragonal estabilizados com ítria (Y-TZP) submetidos à carga de choque.

"Y-TZP é um material cerâmico amplamente utilizado com alta resistência e tenacidade à fratura que tem inúmeras aplicações. Portanto, há muito foco em entendê-lo melhor para que possamos continuar a otimizá-lo, "explica o professor Atsushi Kyono." Até agora, não temos uma imagem clara de quando no processo de fratura as mudanças na estrutura do cristal ocorrem, portanto, nosso entendimento de endurecimento de transformação em Y-TZP tem sido ligeiramente turvo. "

Em condições normais, O Y-TZP possui uma estrutura cristalina tetragonal. Isso não mudou quando a carga foi aplicada. Contudo, quando a fratura dinâmica começou, pequenas quantidades da fase monoclínica foram detectadas. Isso indicou que a fratura dinâmica contribui para o processo de tenacificação de transformação.

Os pesquisadores mostraram que o endurecimento de transformação está relacionado a um processo conhecido como fratura de estaca, que fornece uma visão sobre a origem da alta resistência à fragmentação da cerâmica de zircônia.

“Além de revelar algumas das causas subjacentes ao comportamento da cerâmica de zircônia, demonstramos a viabilidade de nosso método para análise in situ de mudanças na estrutura cristalina, "afirma o primeiro autor do estudo, Sota Takagi." Acreditamos que nossas descobertas contribuirão para o desenvolvimento contínuo de cerâmicas resistentes para uma ampla gama de aplicações, de peças de isoladores elétricos a utensílios de cozinha. "