Fig. 1:Propagazione di crepe introdotte nel composito Al2O3/Ti (a) e crepe guarite dopo anodizzazione a temperatura ambiente (b, c e d), dove le crepe nel titanio disperso (particelle bianche) e parte delle crepe nella ceramica Al2O3 sono state riempite dagli ossidi di titanio formati. La resistenza alla frattura dei compositi fessurati è stata notevolmente ridotta, ma è stato quasi completamente recuperato al suo livello originale (a destra). Credito:Università di Osaka
Un team di ricercatori dell'Università di Osaka ha dimostrato che le crepe indotte nei compositi costituiti da allumina ( Al 2 oh 3 ) la ceramica e il titanio (Ti) come fase dispersa potrebbero essere guariti a temperatura ambiente, una prima mondiale. Questo metodo di guarigione della ceramica consente la guarigione delle crepe anche in uno stato in cui le parti in ceramica sono montate su dispositivi a basso costo e senza utilizzare complicati processi di trattamento termico ad alta temperatura che richiedono quantità significative di energia.
Sebbene siano stati studiati e sviluppati vari tipi di compositi metallo-ceramica, la loro combinazione e le strutture fini erano limitate a causa delle differenze nei tipi di legame ceramica-metallo, reattività chimica, e la dimensione delle particelle di polvere metallica disponibile in commercio.
Questo team ha superato queste restrizioni ottimizzando i processi di sintesi e i processi di sinterizzazione. Nel 2018, hanno prodotto Al 2 oh 3 /Ti compositi con una struttura di percolazione controllando il contenuto di Ti aggiunto e ottimizzando la dimensione delle particelle di polvere di Ti metallico e processi di sinterizzazione, migliorare la tenacità alla frattura e la conduttività elettrica di Al 2 oh 3 /Ti compositi. (Comunicato stampa dell'Università di Osaka, 28 novembre 2018)
In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che l'anodizzazione elettrochimica si è verificata in Al 2 oh 3 /Ti compositi. Inoltre, hanno sviluppato un metodo di guarigione a temperatura ambiente per guarire le crepe indotte in Al 2 oh 3 /Ti compositi utilizzando il fenomeno dell'anodizzazione senza trattamento termico, recuperare la resistenza dei compositi al loro livello originale, una prima mondiale. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati nel Journal of the American Ceramic Society .
Per curare la ceramica, è stata studiata la guarigione delle crepe mediante reazione chimica (capacità di autoriparazione), ma un trattamento ad alta temperatura di 1, 000℃ o superiore era necessario per provocare una reazione chimica e/o una reazione di diffusione, cosiddetta re-sinterizzazione.
Inoltre, perché i metodi di riparazione delle crepe utilizzando adesivi resinosi (ad es. resina epossidica) o cemento ceramico avevano un limite nell'adesione tra ceramica e resina o cemento ceramico, è stato difficile ripristinare completamente la resistenza alla frattura al suo livello originale.
In questo studio, i ricercatori hanno raggiunto un'elevata conduttività elettrica disperdendo omogeneamente Ti, dimostrando la guarigione delle crepe a temperatura ambiente in Al 2 oh 3 /Ti compositi mediante anodizzazione senza trattamento termico e recupero completo della resistenza alla frattura al suo livello originale per la prima volta al mondo.
Negli esperimenti che utilizzano compositi la cui resistenza alla frattura si è ridotta a causa delle cricche introdotte (grafico in Figura 1), hanno dimostrato:
L'autore senior Tohru Sekino afferma:"I risultati del nostro studio possono essere applicati anche a sistemi compositi a base ceramica diversi da Al 2 oh 3 /Ti compositi come nuovo metodo di guarigione delle crepe per la ceramica, e una tecnica per garantire l'affidabilità delle ceramiche stesse. Al 2 oh 3 I compositi /Ti saranno sviluppati in materiali multitasking che consentiranno molteplici funzioni e applicazioni in base al loro scopo e utilizzo."
