Een team van onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft aangetoond dat scheuren ontstaan ​​in composieten bestaande uit aluminiumoxide (Al ₂ O ₃ ) keramiek en titanium (Ti) als gedispergeerde fase konden bij kamertemperatuur worden genezen, een wereldprimeur. Deze keramische genezingsmethode maakt scheurgenezing mogelijk, zelfs in een staat waarin keramische onderdelen tegen lage kosten op apparaten worden gemonteerd en zonder ingewikkelde hittebehandelingsprocessen bij hoge temperaturen die aanzienlijke hoeveelheden energie vereisen.

Hoewel verschillende soorten metaal-keramische composieten zijn onderzocht en ontwikkeld, hun combinatie en fijne structuren waren beperkt vanwege verschillen in soorten keramiek op metaal, chemische reactiviteit, en de deeltjesgrootte van in de handel verkrijgbaar metaalpoeder.

Dit team overwon deze beperkingen door syntheseprocessen en sinterprocessen te optimaliseren. in 2018, zij produceerden Al ₂ O ₃ /Ti-composieten met een percolatiestructuur door het gehalte aan toegevoegd Ti te regelen en de deeltjesgrootte van metallisch Ti-poeder en sinterprocessen te optimaliseren, verbetering van de breuktaaiheid en elektrische geleidbaarheid van Al ₂ O ₃ /Ti composieten. (Persbericht van de universiteit van Osaka, 28 nov. 2018)

In dit onderzoek, de onderzoekers toonden aan dat elektrochemische anodisatie plaatsvond in Al ₂ O ₃ /Ti composieten. In aanvulling, ze ontwikkelden een genezingsmethode bij kamertemperatuur om scheuren veroorzaakt in Al . te genezen ₂ O ₃ /Ti composieten door gebruik te maken van het anodisatiefenomeen zonder warmtebehandeling, het herstellen van de sterkte van de composieten tot hun oorspronkelijke niveau, een wereldprimeur. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Ceramic Society .

Om keramiek te genezen, scheurgenezing door chemische reactie (zelfgenezend vermogen) is onderzocht, maar een behandeling bij hoge temperatuur van 1, 000℃ of hoger was nodig om een ​​chemische reactie en/of een diffusiereactie te veroorzaken, zogenaamd opnieuw sinteren.

Bovendien, omdat scheurherstelmethoden met harslijm (bijv. epoxyhars) of keramisch cement een limiet hadden in de hechting tussen keramiek en hars of keramisch cement, het was moeilijk om de breuksterkte volledig te herstellen tot het oorspronkelijke niveau.

In dit onderzoek, de onderzoekers bereikten een hoge elektrische geleidbaarheid door Ti homogeen te dispergeren, het demonstreren van crack-genezing bij kamertemperatuur in Al ₂ O ₃ /Ti-composieten door anodisatie zonder warmtebehandeling en voor het eerst ter wereld volledig herstel van de breuksterkte naar het oorspronkelijke niveau.

In experimenten met composieten waarvan de breuksterkte verminderde als gevolg van geïntroduceerde scheuren (grafiek in figuur 1), ze demonstreerden:

1. Door anodisatie werd de breuksterkte hersteld naar het oorspronkelijke niveau, en
2. Het herstel was te wijten aan titaniumoxiden gevormd op het oppervlak van gedispergeerd titanium door anodische oxidatie, die gebarsten oppervlakken overbrugde en de spleet vulde, het verminderen van de spanningsconcentratie op de scheurtip.

Senior auteur Tohru Sekino zegt:"De resultaten van onze studie kunnen ook worden toegepast op op keramiek gebaseerde composietsystemen anders dan Al ₂ O ₃ /Ti composieten als nieuwe scheurgenezingsmethode voor keramiek, en een techniek om de betrouwbaarheid van de keramiek zelf te waarborgen. Al ₂ O ₃ /Ti-composieten zullen worden ontwikkeld tot multitasking-materialen die meerdere functies en toepassingen mogelijk maken, afhankelijk van hun doel en gebruik."