Uuring näitab, et keraamika võib deformeeruda nagu metallid, kui see on elektripirnist paagutatud

SCP-261 Pan-dimensional Vending Machine | Safe class | Food / drink / appliance scp (Juuli 2019).

Anonim

Purdue teadlased on täheldanud, et keraamika ebakindlat olemust saab ületada, kuna need säilitavad suuri koormusi, viies sellised elastsemad struktuurid nagu õhusõiduki mootori tera katted ja hambaimplantaadid.

Kuigi oma olemuselt tugev, kerkib enamik keraamikat äkki, kui pinged veidi koormatakse koormuse all, kui nad ei puutu kokku kõrgel temperatuuril. Struktuurilised keraamilised komponendid nõuavad ka kõrgeid temperatuure, mis moodustuvad esmajärjekorras pikema protsessi käigus, mida nimetatakse paagutamiseks, kus pulbriline materjal ühineb tahke massiga.

Need probleemid on eriti problemaatilised metallmootorist terade keraamilistele pindadele, mis on ette nähtud metallide südamike kaitsmiseks erinevatel töötemperatuuridel. Loodusteadustes avaldatud uuring näitab esmakordselt, et elektrilise väli kasutamine tavalise termilise barjääri keraamika yttria-stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi (YSZ) moodustamiseks muudab materjali peaaegu plastist või kergesti ümber kujundatud metalliks toatemperatuuril. Insenerid võivad näha ka pragusid varem, kuna nad hakkavad aeglaselt moodustuma mõõduka temperatuuri asemel kõrgemate temperatuuridega, andes neile aja struktuuri päästmiseks.

"Minevikus, kui me kasutasime kõrgel koormusel madalamatel temperatuuridel, ei tohiks suur hulk keraamikaid katastroofi ilma hoiatuseta, " ütles materjalide inseneri professor Xinghang Zhang. "Nüüd näeme pragude tulekut, kuid materjal jääb koos, see on ennustatav ebaõnnestumine ja palju kergemini kasutatav keraamika."

Hiljutised uuringud on näidanud, et elektrivälja või "välklambi" rakendamine kiirendab oluliselt paagutamisprotsessi, mis moodustab YSZ ja muu keraamika ning palju madalamates ahjus kui tavalises paagutamises. Flash-paagutatud keraamikale on ka väga vähene poorsus, mis muudab need tihedamaks ja seetõttu deformeerumiseks lihtsamaks. Puudub veel katsetatud välgupaagilisest keraamikat võime muuta kuju toatemperatuuril või üha kõrgematel temperatuuridel.

"YSZ on väga tüüpiline soojusisolatsiooni kattekiht - see kaitseb põhimõtteliselt metallist südamikku kuumusest, " ütles Haiyan Wang, Purdue's Basil S. Turner, professor. "Kuid see kipub muret tekitama, kui mootor soojeneb ja jääkpingete tõttu jahtub."

Mis võimaldab metallil olevat murdumiskindlat ja hõlpsasti kuju muuta, on deformatsioonil tekkivate defektide olemasolu või deflatsioonide olemasolu - aatomite täiendavad tasapinnad, mis muudavad materjali pigem deformeerituks kui lõhuvad koormuse all.

"Need nihked liiguvad tihendamise või pinge all, nii et materjal ei läheks ebaõnnestuks, " ütles Jaehun Cho, materjalide inseneri õppejõud.

Keraamika tavaliselt ei moodusta dislokatsiooni, kui see pole deformeerunud väga kõrgetel temperatuuridel. Kuid nende välkmõeldamine tutvustab neid nihkeid ja tekitab tulemuseks materjali väiksema terasuuruse.

"Väiksemad terad, nagu nanokristallilised terad, võivad libiseda, kuna keraamiline materjal deformeerub, aidates seda paremini deformeerida, " ütles Wang.

Varasemad dislokatsioonid ja väikeste terade suurused võimaldasid pihustatavat YSZ-i proovi õhemat lahust kui inimese juuksed, et need kokku tõmbusid kokku toatemperatuuril kuni 600 ° C, kusjuures pragusid hakkasid aeglaselt levima 400 ° C juures, erinevalt tavalisest paagutatud YSZ-st, mis nõuab 800 kraadi ja kõrgem, et plastikust deformeeruda.

Paranenud plastilisus tähendab suuremat stabiilsust suhteliselt madalate temperatuuride juures. Proov suudab taluda ka peaaegu sama tihendustüve kui mõned metallid teevad enne, kui pragud hakkavad ilmnema.

"Metaase saab pressida 10-20% tüvele, pole probleemi, kuid keraamika lõhub tükkideks tihti, kui te neid kokku surute vähem kui 2-3% ulatuses, " ütles Zhang. "Me näitame, et välk-paagutatud keraamikat saab kokku suruda 7-10% -ni ilma katastroofilise luumurrudeta."

Isegi siis, kui proov hakkas pragunema, tekkisid praod väga aeglaselt ja ei põhjustanud täieliku kokkuvarisemise, nagu tavaliselt tavalise keraamika puhul. Järgmised sammud oleksid nende põhimõtete kasutamisel veelgi vastupidavamate keraamiliste materjalide kujundamisel.

Uurijad ei oleks saanud Purdue's Life Science mikroskoopikeskuses ja kõrglahutusega skaneeriva elektronmikroskoobi abil varustatud mikroni suurusega keraamilise proovi kohapealseid katseid ilma in-situ nanomechanilise testimise vahendita. FEI Talos 200X elektronmikroskoobiga rajatis Purdue'i materjalide inseneritehases. Mõlemad mikroskoobid andsid Purdue'i teadus- ja partnerlusosakonna asepresidendi ja tehnika- ja teaduskolledži Purdue'i büroo. Purdue ootab veelgi kõrgema eraldusvõimega aberratsiooniga parandatud mikroskoopi, mida teadlased kasutavad varsti tulevaste nanomaterjalide uurimiseks.

menu
menu