中國粉體網(wǎng)訊  廣義上講,，陶瓷是金屬以外的無機(jī)材料的總稱,，用于陶瓷,、玻璃等個(gè)人工具,、半導(dǎo)體等電子設(shè)備部件,、耐火材料、切削工具等工業(yè)部件等各種領(lǐng)域,。特別是具有優(yōu)異硬度,、耐熱性和耐腐蝕性的工程陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料在航空航天、深海,、發(fā)電廠等惡劣環(huán)境中發(fā)揮著積極作用,。

另一方面，與金屬和聚合物不同,，陶瓷幾乎不會引起塑性變形,。因此，它具有脆性,，即在施加外力時(shí)不能緩和裂紋周圍產(chǎn)生的應(yīng)力集中而導(dǎo)致斷裂,。由于這種脆性，很難保證大型陶瓷部件的可靠性,，因此只有直接暴露在惡劣環(huán)境中的小部件（涂層等）由陶瓷制成,，并與異種材料比如金屬制成的部件接合，可以用來做制品,。然而,，當(dāng)異種材料的接頭暴露于溫度變化時(shí)，陶瓷可能會因?yàn)闊o法承受熱膨脹率差異引起的應(yīng)變而破裂,。為了將陶瓷用作耐熱材料,，提高它們對這種熱斷裂的耐久性是重要的。

近日,，東京大學(xué)發(fā)布的與名古屋大學(xué),、物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS)的共同研究成果表明，陶瓷通過通電降低彈性,，同時(shí)保持硬度,，使材料更具柔韌性。以氧化釔穩(wěn)定氧化鋯為代表的工程陶瓷利用其優(yōu)異的硬度,、耐熱性,、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),，被用作高級結(jié)構(gòu)材料，但與金屬等不同材料接合時(shí),，會受到溫度變化的影響,。存在無法承受因熱膨脹率的差異引起的應(yīng)變而導(dǎo)致故障的問題。如果可以通過通電處理改變迄今為止難以控制的材料的彈性模量,，則有可能實(shí)現(xiàn)可承受大應(yīng)變的新型陶瓷,。這項(xiàng)研究成果于2022年2月4日發(fā)表在Elsevier的科學(xué)期刊“Acta Materialia”上。

在這項(xiàng)研究中,，為了開發(fā)利用通電引入的點(diǎn)缺陷的新材料功能,，對于致密的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯樣品，爐溫為600°C,，電流密度為400 mA/mm2,。10分鐘后通電時(shí)，材料的機(jī)械性能通過聲速測量和納米壓痕測量進(jìn)行評估,。

(a)樣品在通電處理過程中的外觀,，(b)接觸彈性模量對負(fù)載速度的依賴性

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對樣品緩慢施加力時(shí),，彈性模量最多降低30%,，材料變得柔韌，硬度得以保持,。聲速測量得到的高速區(qū)彈性模量在通電處理前后沒有變化,，而納米壓痕測量得到的低速區(qū)彈性模量在通電處理后大大降低，這種趨勢越來越明顯,，隨著裝載和卸載速度的降低而顯著,。物理性質(zhì)隨速度變化的機(jī)制稱為熱活化過程，通過通電處理在材料中形成的點(diǎn)缺陷在克服活化能的同時(shí)可逆地移動,。

材料在緩慢施加力時(shí)變得柔韌的特性類似于主要在聚合物中看到的粘彈性變形,，并且在保持硬度的同時(shí)像聚合物一樣柔韌，如果陶瓷能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn),，將有可能提高各種陶瓷部件的可靠性,。例如，通過降低陶瓷的彈性模量,，可以提高陶瓷與異種材料如金屬等接合時(shí)的熱斷裂耐久性，因此有望提高陶瓷部件的可靠性,。

（中國粉體網(wǎng)編譯/平安）

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