Изготовленная в электрическом поле керамика может «металлически» деформироваться
Москва, 15:39, 30 Май 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Исследователи из Университета Пердью нашли способ преодолеть хрупкость керамики при больших нагрузках. Проект может привести к более прочным структурам, вроде покрытий для лопасти самолетных двигателей и зубных имплантатов.
Несмотря на прочность, керамические продукты могут внезапно разрушаться под напряжением, если только не подвергались воздействию высоких температур, сообщает sciencedaily.com. Такое влияние необходимо и для получения структурных компонентов материала. Их получают при спекании, когда порошок соединяется в твердую массу.
Такая потенциальная хрупкость – проблема для керамических покрытий, призванных защитить металлические лопасти двигателей от рабочих температур. Исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые показало, что воздействие электрическим полем на диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ), обычное сырье для таких материалов, делает их похожими на пластик. В результате керамику можно деформировать как металл при комнатной температуре. Процедура также позволила быстрее обнаружить трещины, из-за их более медленного формирования. Это давало инженерам больше времени на спасение структуры.
«Теперь мы можем видеть появление трещин, хотя материал сохраняет целостность. Это – прогнозируемый отказ, делающий использование керамических покрытий более безопасным», — сказал профессор Синхан Чжан.
Недавние исследования показали, что электрическое поле значительно ускоряет процесс спекания YSZ и другой керамики, обеспечивая его протекание при более низких температурах. Готовый продукт также имеет низкую пористость, ведущую к повышению прочности и легкому деформированию. Но никто раньше не проверял способность такой керамики менять форму при комнатной или более высоких температурах.
У металлов за простоту деформации отвечает наличие дефектов или смещений – дополнительных атомных плоскостей. Они смещаются, приводя к смене формы, а не разрушению материала. Спекание под действием электрического поля обеспечило формирование таких дефектов и уменьшение частичек и в керамике.
Эти свойства позволили образцу из YSZ, тоньше человеческого волоса, быть очень пластичным при сжатии при температурах от комнатной до 600°С. Трещины начинали медленно распространяться при 400°С. Обычной YSZ-керамике для пластической деформации требуется 800°С. Авторы намерены использовать полученные сведения для дальнейшего повышения прочности материала.
