La tempra è sempre stata un'importante direzione di ricerca della ceramica strutturale. L'aggiunta di fasi secondarie alla matrice ceramica per preparare ceramiche composite è un efficace percorso di indurimento nel campo delle ceramiche strutturali.
Sia il tipo di fase che la microstruttura delle fasi secondarie svolgono un ruolo decisivo nell'effetto di indurimento della matrice ceramica. Essendo diversa dalla fase indipendente convenzionale come fase secondaria, B4 C@TiB2 L'unità strutturale core-shell è stata appositamente progettata come un tipo innovativo di fase secondaria per rafforzare l'Al2 O3 matrice ceramica, fornendo un nuovo concetto per gli studi di tenacizzazione della ceramica strutturale.
Un team di scienziati dei materiali guidato da Zhixiao Zhang dell'Università di Ingegneria dell'Hebei a Handan, in Cina, ha recentemente preparato con successo una sorta di Al2 O3 ceramica composita indurita con B4 C@TiB2 unità strutturali nucleo-guscio costituite dal B4 Nucleo C racchiuso dal TiB2 conchiglia.
Le unità strutturali nucleo-guscio che servono come fase di indurimento composito di Al2 O3 la ceramica può superare l'attuale collo di bottiglia dell'Al2 O3 ceramiche composite temprate utilizzando fasi indipendenti e realizzano l'ulteriore miglioramento della resistenza alla frattura di Al2 O3 ceramica.
Il team ha pubblicato il proprio lavoro sul Journal of Advanced Ceramics .
"In questo lavoro abbiamo preparato Al2 O3 ceramica composita indurita con B4 C@TiB2 unità strutturali nucleo-guscio attraverso una combinazione di metodologia a sale fuso e sinterizzazione al plasma a scintilla. A differenza delle configurazioni convenzionali in cui TiB2 e SiC rimangono isolati e dispersi indipendentemente in Al2 O3 matrice ceramica, le due fasi secondarie in questo Al2 O3 i compositi costituiscono strutture composite nucleo-guscio che possono indurre un comportamento di tenacizzazione sinergica multidimensionale."
"L'effetto di indurimento prodotto dalle unità strutturali nucleo-guscio è impossibile da ottenere con fasi indipendenti", ha affermato il dottor Zhixiao Zhang, l'autore corrispondente dell'articolo, professore presso la Facoltà di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Ingegneria di Hebei. Il professor Zhang è anche il miglior talento della provincia cinese di Hebei e vicepreside della Facoltà di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università di ingegneria di Hebei.
Il B4 C@TiB2 le unità di tempra core-shell sono costituite da un B4 di dimensioni micron Nucleo C racchiuso da un guscio spesso circa 500 nm, composto da numerosi TiB2 di dimensioni nanometriche cereali. Le regioni che circondano queste unità nucleo-guscio mostrano strutture geometriche distinte e comprendono variazioni multidimensionali nella composizione della fase, nelle dimensioni dei grani e nei coefficienti di dilatazione termica.
Di conseguenza, emergono complesse distribuzioni delle tensioni, che favoriscono la propagazione delle cricche in più dimensioni. Questo comportamento consuma una notevole quantità di energia di propagazione della cricca, aumentando così la tenacità alla frattura dell'Al2 O3 matrice ceramica. Il risultante Al2 O3 la ceramica composita offre una resistenza alla frattura migliorata fino a 6,92 MPa·m 1/2 .
"Questo nuovo concetto e il corrispondente meccanismo di indurimento che prevede l'utilizzo dell'unità strutturale nucleo-guscio come fase secondaria per migliorare la tenacità della matrice ceramica possono fornire una nuova prospettiva e un fondamento teorico per la ricerca sull'indurimento di altre ceramiche strutturali." Zhixiao Zhang ha detto.
Il passo successivo è espandere la forma e la composizione di fase delle unità strutturali nucleo-guscio, comprese particelle strutturali nucleo-guscio, baffi, fibre, tubi o piastre, che consistono in vari tipi di fase. Inoltre, queste unità strutturali nucleo-guscio possono essere ulteriormente estese per rinforzare una varietà di ceramiche strutturali, come B4 C, TiB2 , SiC, ecc.
Nel frattempo, verrà effettuato uno studio sistematico sul meccanismo di tenacizzazione delle unità strutturali core-shell come fasi di tenacizzazione composita. L'obiettivo finale è sviluppare un nuovo sistema teorico di tenacizzazione basato su unità nucleo-guscio che temprano la matrice ceramica.
Ulteriori informazioni: Yingjie Shi et al, Preparazione e meccanismo di indurimento di Al2 O3 ceramica composita indurita con B4 C@TiB2 unità nucleo-guscio, Journal of Advanced Ceramics (2023). DOI:10.26599/JAC.2023.9220826
Fornito dalla Tsinghua University Press
