El endurecimiento siempre ha sido una importante dirección de investigación en la cerámica estructural. La adición de fases secundarias a la matriz cerámica para preparar cerámicas compuestas es una vía de endurecimiento eficaz en el campo de las cerámicas estructurales.
Tanto el tipo de fase como la microestructura de las fases secundarias desempeñan un papel decisivo en el efecto endurecedor de la matriz cerámica. A diferencia de la fase independiente convencional como fase secundaria, B4 C@TiB2 La unidad estructural núcleo-carcasa ha sido diseñada específicamente como un tipo innovador de fase secundaria para endurecer el Al2. O3 matriz cerámica, aportando un nuevo concepto para los estudios de endurecimiento de cerámicas estructurales.
Un equipo de científicos de materiales dirigido por Zhixiao Zhang de la Universidad de Ingeniería de Hebei en Handan, China, preparó recientemente con éxito una especie de Al2 O3 Cerámica compuesta templada con B4 C@TiB2 unidades estructurales núcleo-cubierta que constan del B4 Núcleo C encerrado por el TiB2 cáscara.
Las unidades estructurales núcleo-carcasa que sirven como fase de endurecimiento compuesta de Al2 O3 La cerámica puede superar el actual cuello de botella de endurecimiento del Al2. O3 cerámicas compuestas endurecidas mediante fases independientes y logran mejoras adicionales en la tenacidad a la fractura del Al2 O3 cerámica.
El equipo publicó su trabajo en el Journal of Advanced Ceramics. .
"En este trabajo, preparamos Al2 O3 Cerámica compuesta templada con B4 C@TiB2 unidades estructurales núcleo-carcasa mediante una combinación de metodología de sales fundidas y sinterización por plasma por chispa. A diferencia de las configuraciones convencionales donde TiB2 y el SiC permanecen aislados y dispersos de forma independiente en Al2 O3 matriz cerámica, las dos fases secundarias en este Al2 O3 Los compuestos constituyen estructuras compuestas de núcleo y cubierta que pueden inducir un comportamiento de endurecimiento sinérgico multidimensional."
"El efecto de endurecimiento producido por las unidades estructurales núcleo-cubierta es imposible de lograr mediante fases independientes", afirmó el Dr. Zhixiao Zhang, autor correspondiente del artículo y profesor de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ingeniería de Hebei. El profesor Zhang también es el mejor talento de la provincia china de Hebei y vicedecano de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ingeniería de Hebei.
El B4 C@TiB2 Las unidades de endurecimiento núcleo-carcasa constan de un B4 de tamaño micrométrico. Núcleo C encerrado por una capa de aproximadamente 500 nm de espesor, compuesta de numerosos TiB2 de tamaño nanométrico. granos. Las regiones que rodean estas unidades núcleo-cáscara exhiben estructuras geométricas distintas y abarcan variaciones multidimensionales en la composición de fases, dimensiones del grano y coeficientes de expansión térmica.
En consecuencia, surgen intrincadas distribuciones de tensiones, fomentando así la propagación de grietas en múltiples dimensiones. Este comportamiento consume una cantidad considerable de energía de propagación de grietas, mejorando así la tenacidad a la fractura del Al2. O3 matriz cerámica. El Al2 resultante O3 Las cerámicas compuestas ofrecen una tenacidad a la fractura mejorada de hasta 6,92 MPa·m 1/2 .
"Este novedoso concepto y el correspondiente mecanismo de endurecimiento mediante la utilización de la unidad estructural núcleo-carcasa como fase secundaria para mejorar la tenacidad de la matriz cerámica pueden proporcionar una nueva perspectiva y base teórica para la investigación del endurecimiento de otras cerámicas estructurales". Dijo Zhixiao Zhang.
El siguiente paso es expandir la forma y la composición de fases de las unidades estructurales núcleo-cubierta, incluidas partículas estructurales, bigotes, fibras, tubos o placas, que constan de varios tipos de fases. Además, estas unidades estructurales núcleo-cubierta se pueden ampliar aún más para endurecer una variedad de estructuras cerámicas, como B4. C, TiB2 , SiC, etc.
Mientras tanto, se realizará un estudio sistemático sobre el mecanismo de endurecimiento de las unidades estructurales núcleo-carcasa como fases de endurecimiento compuestas. El objetivo final es desarrollar un nuevo sistema teórico de endurecimiento basado en unidades núcleo-carcasa que endurezcan la matriz cerámica.
Más información: Yingjie Shi et al, Mecanismo de preparación y endurecimiento de Al2 O3 Cerámica compuesta templada con B4 C@TiB2 unidades núcleo-carcasa, Journal of Advanced Ceramics (2023). DOI:10.26599/JAC.2023.9220826
Proporcionado por Tsinghua University Press
