Transformationshærdning af keramik gjort krystalklar

Keramiske materialer, der er modstandsdygtige over for revner, bruges i en række forskellige industrier fra rumfartsteknik til tandpleje. At stramme dem til at forbedre deres effektivitet og sikkerhed er derfor et vigtigt undersøgelsesområde. Forskere fra University of Tsukuba har brugt tidsopløst røntgendiffraktion til at observere transformationshærdning i zirkoniumkeramik under dynamisk brud. Deres resultater offentliggøres i Anvendt fysik bogstaver .

Nuværende observationsmetoder gør det muligt at observere dannelse af revner i materialer in situ, mens belastninger påføres. Disse nærbilledsanalyser kan fange ændringer i meget lille skala med hurtig opløsning, giver klare billeder af brud og af, hvordan materialet modstår dem ved hærde.

Imidlertid, transformationshærdning af keramiske materialer er relateret til ændringer i deres arrangement på atomniveau, som ikke kan ses ved hjælp af de tilgængelige teknikker. At få et realtidsbillede af sådanne transformationer i krystalstrukturen er vigtigt for at få et komplet billede af, hvordan materialer reagerer på dynamisk belastning.

Forskerne brugte derfor tidsopløst røntgendiffraktion til at følge opførelsen af ​​yttria-stabiliserede tetragonale zirkonium-polykrystaller (Y-TZP), der blev udsat for stødbelastning.

"Y-TZP er et meget udbredt keramisk materiale med høj styrke og brudsejhed, der har mange anvendelser. Der er derfor meget fokus på at forstå det bedre, så vi kan fortsætte med at optimere det, "forklarer professor Atsushi Kyono." Indtil nu har vi har ikke haft et klart billede af, hvornår i brudprocessen krystalstrukturændringer finder sted, så vores forståelse af transformationshærdning i Y-TZP har været lidt mudret. "

Under normale forhold, Y-TZP har en tetragonal krystalstruktur. Dette ændrede sig ikke, da belastningen blev anvendt. Imidlertid, da dynamisk brud startede, små mængder af den monokliniske fase blev påvist. Dette indikerede, at dynamisk brud bidrager til transformationshærdningsprocessen.

Forskerne viste, at transformationshærdning er relateret til en proces kendt som spallfraktur, som giver indsigt i oprindelsen til zirkoniumkeramikkens høje spallstyrke.

"Ud over at afsløre nogle af de underliggende årsager til adfærd af zirconiumkeramik, vi har vist muligheden for vores metode til in situ analyse af krystalstrukturændringer, "siger studieforfatteren Sota Takagi." Vi mener, at vores fund vil bidrage til den fortsatte udvikling af hård keramik til en lang række anvendelser fra elektriske isolatordele til køkkenredskaber. "