Los materiales cerámicos que son resistentes al agrietamiento se utilizan en una variedad de industrias, desde la ingeniería aeroespacial hasta la odontología. Por lo tanto, fortalecerlos para mejorar su eficiencia y seguridad es un área importante de investigación. Investigadores de la Universidad de Tsukuba han utilizado la difracción de rayos X de resolución temporal para observar el endurecimiento por transformación en cerámicas de circonio durante la fractura dinámica. Sus hallazgos se publican en Letras de física aplicada .

Los métodos actuales de observación permiten observar in situ la formación de grietas en los materiales mientras se aplican cargas. Estos análisis de cerca pueden capturar cambios a muy pequeña escala con una resolución rápida, proporcionando imágenes claras de fracturas y de cómo el material las resiste a través del endurecimiento.

Sin embargo, el endurecimiento por transformación de los materiales cerámicos está relacionado con cambios en su disposición a nivel atómico, que no se puede ver con las técnicas disponibles. Obtener una imagen en tiempo real de tales transformaciones en la estructura cristalina es importante para obtener una imagen completa de cómo responden los materiales a la carga dinámica.

Por lo tanto, los investigadores utilizaron difracción de rayos X de resolución temporal para seguir el comportamiento de los policristales tetragonales de zirconia estabilizados con itria (Y-TZP) sometidos a cargas de choque.

"Y-TZP es un material cerámico ampliamente utilizado con alta resistencia y tenacidad a la fractura que tiene numerosas aplicaciones. Por lo tanto, hay mucho enfoque en comprenderlo mejor para que podamos continuar optimizándolo, "explica el profesor Atsushi Kyono." Hasta ahora, no hemos tenido una idea clara de cuándo en el proceso de fractura se producen cambios en la estructura cristalina, por lo que nuestra comprensión del endurecimiento por transformación en Y-TZP ha sido un poco confusa ".

Bajo condiciones normales, Y-TZP tiene una estructura cristalina tetragonal. Esto no cambió cuando se aplicó la carga. Sin embargo, cuando comenzó la fractura dinámica, se detectaron pequeñas cantidades de la fase monoclínica. Esto indicó que la fractura dinámica contribuye al proceso de endurecimiento por transformación.

Los investigadores demostraron que el endurecimiento por transformación está relacionado con un proceso conocido como fractura por astilla, que proporciona información sobre el origen de la alta resistencia al desconchado de las cerámicas de circonio.

"Además de revelar algunas de las causas subyacentes del comportamiento de las cerámicas de zirconia, hemos demostrado la viabilidad de nuestro método para el análisis in situ de cambios en la estructura cristalina, ", dice la primera autora del estudio, Sota Takagi. Creemos que nuestros hallazgos contribuirán al desarrollo continuo de cerámicas resistentes para una amplia gama de aplicaciones, desde piezas de aislantes eléctricos hasta utensilios de cocina".