Iets eenvoudigs als een elektrisch veld zou binnenkort oorlogsraketten of drinkbekers gemakkelijker kunnen maken en beter bestand tegen breuken.

Items zoals drinkbekers, raketkoppen, thermische barrièrecoatings op motorbladen, auto-onderdelen, elektronische en optische componenten worden gewoonlijk gemaakt met keramiek.

De keramiek is mechanisch sterk, maar hebben de neiging om plotseling te breken wanneer ze slechts licht worden belast onder een belasting, tenzij ze worden blootgesteld aan hoge temperaturen.

Onderzoekers van de Purdue University hebben een nieuw proces ontwikkeld om de broze aard van keramiek te overwinnen en het taaier en duurzamer te maken. Het Purdue-team noemt het proces "flash sinteren, " wat een elektrisch veld toevoegt aan het conventionele sinterproces dat wordt gebruikt om bulkcomponenten van keramiek te vormen.

"We hebben kunnen aantonen dat zelfs bij kamertemperatuur, keramiek gesinterd met het elektrische veld vervormt verrassend plastisch voordat het breekt wanneer het onder hoge spanning wordt samengeperst, " zei Haiyan Wang, de Basil S. Turner Professor of Engineering in Purdue's College of Engineering.

Een studie gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang toont aan dat het toepassen van een elektrisch veld op de vorming van keramiek het materiaal bij kamertemperatuur bijna net zo gemakkelijk omvormt als metaal. Het Purdue-team paste zijn techniek specifiek toe op titaniumdioxide, een veelgebruikt wit pigment.

"Nanotwins zijn geïntroduceerd in verschillende metalen materialen om de sterkte en ductiliteit te verbeteren. er zijn weinig eerdere studies die aantonen dat nanotwins en stapelfouten de plasticiteit van keramiek aanzienlijk kunnen verbeteren, " zei Jin-Li, een postdoctoraal fellow en onderzoeker in het onderzoeksteam.

De aanzienlijk verbeterde taaiheid bij kamertemperatuur in titaniumdioxide wordt toegeschreven aan de ongewoon hoge dichtheidsdefecten, zoals stapelfouten, tweelingen en dislocaties, gevormd door het flash-sinterproces.

"Het bestaan ​​van deze defecten maakt het ontstaan ​​van defecten in keramiek overbodig, die typisch een grote nucleatiestress vereist, groter dan de breukspanning van keramiek, ' zei Wang.

Li, de eerste auteur van het artikel uit Purdue, zei, "Onze resultaten zijn belangrijk omdat ze de deur openen voor het gebruik van veel verschillende keramiek op nieuwe manieren die meer flexibiliteit en duurzaamheid kunnen bieden om zware belastingen en hoge temperaturen te weerstaan ​​zonder catastrofale brosse mislukking."

Verbeterde plasticiteit voor keramiek betekent meer mechanische duurzaamheid tijdens bedrijf bij relatief lage temperaturen. Het monster was ook bestand tegen bijna net zoveel drukbelasting als sommige metalen voordat er scheuren begonnen te ontstaan.

"Deze ductiele keramiek vindt veel technologisch belangrijke toepassingen, " zei Xinghang Zhang, hoogleraar materiaalkunde en co-principle onderzoeker in het onderzoeksteam. "Het kan worden toegepast op defensieoperaties, automobiel productie, kernreactorcomponenten en apparaten voor duurzame energie."