Разработан новый метод повышения вязкости керамических материалов
Ученые из Университета Пердью открыли новый способ улучшения вязкости керамики, используемой в производстве ракет, двигателей и бытовых изделий. Стойкость материала к разломам повышается за счет обработки электрическим полем.
Керамика – сырье для многих элементов – кружек, лопастей двигателей, оптических компонентов, защитных покрытий. Механически прочный материал склонен к растрескиванию под нагрузкой, если не обработан при высоких температурах. Исследователи из Университета Пердью нашли решение проблемы, сообщает eurekalert.org. Команда назвала метод повышения вязкости и прочности высокоскоростным спеканием. Он добавляет электрическое поле к стандартному процессу производства керамических компонентов.
Результаты исследования представлены в Science Advances.
«Мы показали, что даже при комнатных температурах керамика, спеченная электрическим полем, пластично деформируется перед разломом при сжатии с высоким напряжением», — сказал профессор Хайян Ван.
Процесс значительно упрощает манипуляции с материалом. Форма керамики при комнатной температуре меняется почти так же легко, как металла. Команда применила технику к диоксиду титана – распространенному белому пигменту.
«Нанодвойники используются в разных металлических материалах для повышения прочности и вязкости. Но проводилось очень мало исследований, показывавших способность структур улучшить пластичность керамики», — сказал Джин Ли, первый автор работы.
Свойства диоксида титана изменились за счет необычных высокоплотных дефектов, вроде нарушений укладки, двойников и смещений, сформировавшихся при высокоскоростном спекании.
«Существование таких несовершенств устраняет потребность в их зарождении. Процесс обычно включает напряжение, превышающее сопротивление разрыву керамики», — сказал Ван.
Результаты исследования позволят по-новому использовать разные виды материалов. Более прочная и гибкая керамика выдержит значительные нагрузки без катастрофических разрушений.
«Пластичные продукты подойдет для брони, автомобильных деталей, компонентов ядерных реакторов и возобновляемых источников энергии», — сказал профессор Синхан Чжан, один из руководителей группы.
