Er is aangetoond dat structurele kern-schaaleenheden, bestaande uit een stijve kern en een zachte schaal, een effectieve strategie zijn om de taaiheid van keramiek te verbeteren. De verstevigingsmechanismen van structurele kern-schileenheden kunnen aan verschillende factoren worden toegeschreven:

Scheurafbuiging en -overbrugging:De aanwezigheid van de zachte schaal kan scheurafbuiging en -overbrugging veroorzaken, waardoor de energie van de zich voortplantende scheuren effectief wordt afgevoerd. Wanneer een scheur een structurele eenheid tussen kern en schaal tegenkomt, heeft deze de neiging af te buigen langs het grensvlak tussen de kern en de schaal, in plaats van zich rechtstreeks door de keramische matrix voort te planten. Dit scheurafbuigmechanisme helpt de taaiheid van het materiaal te vergroten.

Energiedissipatie:De zachte schaal kan plastische vervorming of visco-elastische vervorming ondergaan, wat energie verbruikt en de spanningsconcentratie aan de scheurtip afvoert. Dit energiedissipatiemechanisme helpt de drijvende kracht achter scheurvoortplanting te verminderen en de taaiheid van het keramiek te verbeteren.

Fasetransformatie-verharding:In sommige gevallen kunnen de kern-schil structurele eenheden fase-transformatie-verharding ondergaan. Wanneer de kern bijvoorbeeld is gemaakt van een metastabiele fase, kan deze onder het spanningsveld van de zich voortplantende scheur transformeren in een stabielere fase. Deze fasetransformatie kan volume-expansie veroorzaken en drukspanningen rond de scheurpunt genereren, waardoor de scheurvoortplanting effectief kan worden gestopt en de taaiheid van het keramiek kan worden verbeterd.

Scheuroverbrugging en uittrekking:De stijve kern kan fungeren als een brug om de scheuroppervlakken met elkaar te verbinden en de scheuropening te weerstaan. Wanneer een scheur zich voortplant door een keramische matrix die kern-schil structurele eenheden bevat, kunnen de stijve kernen de scheuroppervlakken overbruggen en voorkomen dat de scheur verder opengaat. Bovendien kan de zachte schaal het uittrekken van de stijve kernen uit de matrix bevorderen, wat ook bijdraagt ​​aan de harding van het keramiek.

Door deze verstevigingsmechanismen te combineren, kunnen kern-schaal structurele eenheden de taaiheid van keramiek aanzienlijk verbeteren, waardoor ze beter bestand zijn tegen breuk en beschadiging. Dit maakt kern-schaal structurele eenheden een veelbelovende aanpak voor de ontwikkeling van geavanceerde keramische materialen met verbeterde mechanische eigenschappen.