Qualcosa di semplice come un campo elettrico potrebbe presto rendere i missili bellici o le tazze per bere più facili da produrre e più resistenti alle fratture.

Oggetti come boccali, teste di missili, rivestimenti a barriera termica sulle pale del motore, ricambi auto, i componenti elettronici e ottici sono comunemente realizzati con la ceramica.

Le ceramiche sono meccanicamente resistenti, ma tendono a rompersi improvvisamente quando sono leggermente sollecitati sotto un carico a meno che non siano esposti a temperature elevate.

I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato un nuovo processo per aiutare a superare la natura fragile della ceramica e renderla più duttile e durevole. Il team di Purdue chiama il processo "sinterizzazione flash, " che aggiunge un campo elettrico al processo di sinterizzazione convenzionale utilizzato per formare componenti sfusi dalla ceramica.

"Siamo stati in grado di dimostrare che anche a temperatura ambiente, le ceramiche sinterizzate con il campo elettrico si deformano sorprendentemente plasticamente prima della frattura quando vengono compresse ad alta deformazione, " ha detto Haiyan Wang, il Basil S. Turner Professor of Engineering nel College of Engineering di Purdue.

Uno studio pubblicato su Progressi scientifici dimostra che l'applicazione di un campo elettrico alla formazione della ceramica rende il materiale rimodellato quasi facilmente quanto il metallo a temperatura ambiente. Il team di Purdue ha applicato specificamente la sua tecnica al biossido di titanio, un pigmento bianco ampiamente utilizzato.

"Nanotwins è stato introdotto in vari materiali metallici per migliorare la resistenza e la duttilità. Tuttavia, ci sono pochi studi precedenti che mostrano che i nanotwin e i difetti di impilamento possono migliorare significativamente la plasticità della ceramica, " disse Jin Li, un borsista post-dottorato e ricercatore nel gruppo di ricerca.

La duttilità a temperatura ambiente notevolmente migliorata nel biossido di titanio è attribuita ai difetti insolitamente ad alta densità, come errori di impilamento, gemelli e lussazioni, formato attraverso il processo di sinterizzazione flash.

"L'esistenza di questi difetti elimina la necessità di nucleazione dei difetti nella ceramica, che in genere richiede un grande stress di nucleazione, maggiore dello stress da frattura della ceramica, "Ha detto Wang.

Li, il primo autore dell'articolo di Purdue, disse, "I nostri risultati sono importanti perché aprono la porta all'utilizzo di molte ceramiche diverse in modi nuovi che possono fornire maggiore flessibilità e durata per sostenere carichi pesanti e alte temperature senza catastrofiche rotture fragili".

Una migliore plasticità per la ceramica significa una maggiore durata meccanica durante il funzionamento a temperature relativamente basse. Il campione potrebbe anche resistere alla sollecitazione da compressione quasi pari a quella di alcuni metalli prima che iniziassero a comparire le crepe.

"Queste ceramiche duttili trovano molte applicazioni tecnologicamente importanti, " disse Xinghang Zhang, professore di ingegneria dei materiali e co-investigatore del gruppo di ricerca. "Può essere applicato alle operazioni di difesa, produzione automobilistica, componenti di reattori nucleari e dispositivi per l'energia sostenibile".