Kerne-skal strukturelle enheder viser enestående hærdende effekt for keramik

Kerne-skal strukturelle enheder, bestående af en stiv kerne og en blød skal, har vist sig at være en effektiv strategi til at forbedre sejheden af ​​keramik. De hærdemekanismer af kerne-skal strukturelle enheder kan tilskrives flere faktorer:

Revneafbøjning og brodannelse:Tilstedeværelsen af ​​den bløde skal kan fremkalde revneafbøjning og brodannelse, som effektivt spreder energien fra de udbredte revner. Når en revne støder på en kerne-skal strukturel enhed, har den en tendens til at afbøje langs grænsefladen mellem kernen og skallen, snarere end at forplante sig direkte gennem den keramiske matrix. Denne revneafbøjningsmekanisme hjælper med at øge materialets sejhed.

Energiafledning:Den bløde skal kan gennemgå plastisk deformation eller viskoelastisk deformation, som forbruger energi og fjerner spændingskoncentrationen ved revnespidsen. Denne energiafledningsmekanisme hjælper med at reducere drivkraften for sprækkeudbredelse og forbedre keramikkens sejhed.

Fasetransformationshærdning:I nogle tilfælde kan kerne-skal strukturelle enheder gennemgå fasetransformationshærdning. For eksempel, når kernen er lavet af en metastabil fase, kan den forvandle sig til en mere stabil fase under spændingsfeltet af den udbredte revne. Denne fasetransformation kan inducere volumenudvidelse og generere trykspændinger omkring revnespidsen, som effektivt kan standse revneudbredelsen og øge sejheden af ​​keramikken.

Revnebro og udtrækning:Den stive kerne kan fungere som en bro til at forbinde revneoverfladerne og modstå revneåbningen. Når en revne forplanter sig gennem en keramisk matrix, der indeholder kerne-skal strukturelle enheder, kan de stive kerner bygge bro over revneoverfladerne og forhindre revnen i at åbne sig yderligere. Derudover kan den bløde skal fremme udtrækningen af ​​de stive kerner fra matrixen, hvilket også bidrager til at hærde keramikken.

Ved at kombinere disse hærdningsmekanismer kan kerne-skal strukturelle enheder forbedre sejheden af ​​keramik markant, hvilket gør dem mere modstandsdygtige over for brud og skader. Dette gør kerne-skal strukturelle enheder til en lovende tilgang til udvikling af avancerede keramiske materialer med forbedrede mekaniske egenskaber.