15:21 2024-04-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Cercetătorii îmbunătățesc plasticitatea materialelor ceramice la temperatura camerei

_ Cercetătorii îmbunătățesc plasticitatea ceramicii materiale la temperatura camerei

Cercetătorii de la Colegiul de Inginerie al Universității Purdue au dezvoltat și validat o metodă în curs de brevetare care ar putea extinde aplicațiile industriale ale ceramicii făcându-le mai deformabile plastic la temperatura camerei.

Plasticitatea sau deformabilitatea plastică este capacitatea unui material de a fi deformat prin compresie, tensiune sau forfecare într-o anumită formă sau geometrie fără a se rupe. În mod obișnuit, materialele ceramice prezintă o deformabilitate plastică foarte limitată la temperatura camerei.

Haiyan Wang și Xinghang Zhang conduc o echipă Purdue a cărei metodă îmbunătățește deformabilitatea plastică a ceramicii la temperatura camerei, introducând mai întâi defecte de înaltă densitate în ceramica fragilă în condiții ridicate. temperaturile. Wang este profesor de inginerie Basil S. Turner, iar Zhang este profesor de ingineria materialelor la Școala de Inginerie a Materialelor din Purdue.

„O astfel de strategie poate îmbunătăți vizibil deformabilitatea plastică la temperatura camerei a ceramicii și susține promisiunea de a injecta ductilitate, sau capacitatea de a fi trasă într-o formă aproape netă, a ceramicii în viitorul apropiat”, a spus Zhang.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances. Această abordare completează cercetările lor anterioare despre îmbunătățirea deformabilității ceramice plastice prin metoda sinterizării flash, care a fost publicată într-un număr din 2018 al revistei Nature Communications.

„Nu toate materialele ceramice pot fi procesate prin metoda de sinterizare rapidă, ", a spus Wang. „Această nouă metodă poate fi generalizată la aproape toate materialele ceramice.”

Materialele ceramice sunt folosite ca materiale structurale în industrii precum aerospațial, transporturi, centrale electrice și producție; și în aplicații precum rulmenți la motoare și mașini, condensatoare, materiale electrice izolante, electrozi în baterii și pile de combustibil și acoperiri cu barieră termică la mașinile de înaltă temperatură.

Sunt puternice din punct de vedere mecanic și inerte din punct de vedere chimic; reziste la uzură și coroziune; izolați împotriva căldurii și electricității; și sunt mai dure și au puncte de topire mai mari decât metalele. Aceste atribute înseamnă că materialele ceramice pot fi folosite pentru a tăia metale sau pentru a conține metale topite și pentru a suporta solicitări mari la temperaturi ridicate.

Ceramica este, de asemenea, fragilă la temperatura camerei; se îndoaie numai la temperaturi suficient de ridicate când activitatea de dislocare poate fi activată. Metalele, în schimb, se îndoaie fără a se rupe la temperatura camerei.

Wang a spus că ceramica are puține dislocații, ceea ce provoacă natura lor fragilă. Dislocațiile sunt defecte ale materialelor care modifică aranjarea atomilor într-o structură.

„O dislocare poate aluneca în interiorul cristalelor pentru a permite deformabilitatea plastică la anumite niveluri de stres”, a spus Wang. „Cu toate acestea, în materialele ceramice, este dificil să se nucleeze luxațiile la temperatura camerei, deoarece stresul de fractură în ceramică este mult mai mic decât stresul de a nuclea dislocațiile la astfel de temperaturi.”

Zhang a spus, „În contrast, , materialele metalice sunt ductile, deoarece nucleează cu ușurință o densitate foarte mare de luxații, iar dislocațiile sunt mobile în metale la temperatura camerei, îmbunătățind semnificativ ductilitatea acestora deformează-le."

Wang a spus că au fost depuse eforturi extinse pentru a îmbunătăți deformabilitatea ceramicii, dar cu un succes limitat.

Echipa Purdue a introdus dislocații în materialele ceramice prin preîncărcarea acestora. în timpul deformării la temperaturi ridicate. Chao Shen, un student absolvent al echipei, a spus că odată ce specimenele de ceramică sunt răcite, dislocațiile îmbunătățesc plasticitatea ceramicii la temperatura camerei.

„Această metodă se aplică mai mult la o gamă largă de ceramică decât metoda de sinterizare rapidă, deoarece nu toate materialele ceramice pot fi procesate prin sinterizare rapidă”, a spus Wang. „Dislocațiile de preîncărcare pot fi, de asemenea, mult mai ușor de extins în practică pentru prelucrarea și tratarea la scară largă a ceramicii decât sinterizarea rapidă.”

Tehnica a fost testată și validată în laboratorul lor pe diferite sisteme ceramice și ceramice. stâlpi de dimensiuni diferite.

„După tratamentul de preîncărcare, dioxidul de titan monocristal a prezentat o creștere substanțială a deformabilității, realizând o deformare de 10% la temperatura camerei”, a spus Zhang. „Oxidul de aluminiu a arătat, de asemenea, deformabilitate plastică, deformare de 6% până la 7,5%, folosind tehnica de preîncărcare.”

Echipa de cercetare – inclusiv Wang, Zhang și R. Edwin Garcia, profesor de ingineria materialelor și absolventul lor. studenții — vor colabora cu industria la demonstrații la scară largă ale acestei abordări în diferite sisteme ceramice.

Wang și Zhang au dezvăluit inovația Biroului de Comercializare Tehnologică Purdue Innovates, care a solicitat un brevet din S.U.A. Oficiul de brevete și mărci comerciale pentru a proteja proprietatea intelectuală.

(Fluierul)

Inapoi