Wetenschap
Kern-schaal structurele eenheden vertonen een uitstekend versterkend effect voor keramiek
Harden is altijd een belangrijke onderzoeksrichting van structuurkeramiek geweest. De toevoeging van secundaire fasen aan de keramische matrix om composietkeramiek te bereiden, is een effectieve verhardingsroute op het gebied van structuurkeramiek.
Zowel het fasetype als de microstructuur van de secundaire fasen spelen een beslissende rol in het verhardende effect van de keramische matrix. Verschillend van de conventionele onafhankelijke fase als de secundaire fase, B4 C@TiB2 De kern-schil structurele eenheid is met opzet ontworpen als een innovatief soort secundaire fase om de Al2 sterker te maken O3 keramische matrix, die een nieuw concept biedt voor de hardingsstudies van structurele keramiek.
Een team van materiaalwetenschappers onder leiding van Zhixiao Zhang van de Hebei University of Engineering in Handan, China, heeft onlangs met succes een soort Al2 voorbereid O3 composietkeramiek gehard door B4 C@TiB2 kern-schil structurele eenheden bestaande uit de B4 C-kern omsloten door de TiB2 schil.
De kern-schil structurele eenheden die dienen als de composietverstevigingsfase van Al2 O3 keramiek kan het huidige knelpunt op het gebied van harding van Al2 doorbreken O3 composietkeramiek gehard met behulp van onafhankelijke fasen, en de verdere verbetering van de breuktaaiheid van Al2 realiseren O3 keramiek.
Het team publiceerde hun werk in Journal of Advanced Ceramics .
"In dit werk hebben we Al2 voorbereid O3 composietkeramiek gehard door B4 C@TiB2 kern-schil structurele eenheden door een combinatie van gesmolten zoutmethodologie en vonkplasma-sinteren. In tegenstelling tot conventionele opstellingen waarbij TiB2 en SiC blijven geïsoleerd en onafhankelijk verspreid in Al2 O3 keramische matrix, de twee secundaire fasen in deze Al2 O3 composieten vormen kern-schilcomposietstructuren die multidimensionaal synergetisch taaiheidsgedrag kunnen veroorzaken."
"Het verstevigende effect dat wordt geproduceerd door structurele kern-schil-eenheden is onmogelijk te bereiken door onafhankelijke fasen", zegt Dr. Zhixiao Zhang, de corresponderende auteur van het artikel, een professor aan het College of Materials Science and Engineering aan de Hebei University of Engineering. Professor Zhang is ook het toptalent in de provincie Hebei in China en vice-decaan van het College of Materials Science and Engineering aan de Hebei University of Engineering.
De B4 C@TiB2 kern-schil-hardingseenheden bestaan uit een micron-formaat B4 C-kern omsloten door een omhulsel van ongeveer 500 nm dik, samengesteld uit talloze TiB2 op nanoschaal granen. De gebieden rondom deze kern-schil-eenheden vertonen duidelijke geometrische structuren en omvatten multidimensionale variaties in de fasesamenstelling, korrelafmetingen en thermische uitzettingscoëfficiënten.
Als gevolg hiervan ontstaan ingewikkelde spanningsverdelingen, waardoor de voortplanting van scheuren in meerdere dimensies wordt bevorderd. Dit gedrag verbruikt een aanzienlijke hoeveelheid scheurvoortplantingsenergie, waardoor de breuktaaiheid van de Al2 wordt verbeterd. O3 keramische matrix. Het resulterende Al2 O3 composietkeramiek levert een verbeterde breuktaaiheid op tot 6,92 MPa·m 1/2 .
"Dit nieuwe concept en het bijbehorende verstevigingsmechanisme, waarbij gebruik wordt gemaakt van de kern-schaal structurele eenheid als secundaire fase om de taaiheid van de keramische matrix te verbeteren, kan een nieuw perspectief en een theoretische basis bieden voor het verhardingsonderzoek van andere structurele keramiek." Zhixiao Zhang zei.
De volgende stap is het uitbreiden van de vorm en fasesamenstelling van structurele kern-schaaleenheden, inclusief structurele kern-schaaldeeltjes, snorharen, vezels, buizen of platen, die uit verschillende fasetypen bestaan. Ook kunnen deze kern-schil structurele eenheden verder worden uitgebreid om een verscheidenheid aan structuurkeramiek te versterken, zoals B4 C, TiB2 , SiC, enz.
Intussen zal een systematische studie worden uitgevoerd naar het verstevigingsmechanisme van kern-schil structurele eenheden als samengestelde verstevigingsfasen. Het uiteindelijke doel is om een nieuw theoretisch systeem voor versteviging te ontwikkelen, gebaseerd op kern-schileenheden die de keramische matrix verstevigen.