耐开裂的陶瓷材料用于从航空航天工程到牙科的各个行业。因此,强化它们以提高它们的效率和安全性是一个重要的研究领域。筑波大学的研究人员使用时间分辨 X 射线衍射观察了氧化锆陶瓷在动态断裂过程中的相变韧化。


他们的研究结果发表在《应用物理快报》(“("Visualization of transformation toughening of zirconia ceramics during dynamic fracture”)。

研究人员使用时间分辨 X 射线衍射 观察到陶瓷材料的相变韧化

当前的观察方法允许在施加载荷时原位观察材料中裂纹的形成。这些特写分析可以以快速分辨率捕获非常小范围内的变化,提供清晰的裂缝图片以及材料如何通过增韧来抵抗它们。


然而,陶瓷材料的相变增韧与它们在原子水平上的排列变化有关,使用现有技术是看不到的。获得晶体结构中这种转变的实时图像对于获得材料如何响应动态载荷的完整图像非常重要。


因此,研究人员使用时间分辨 X 射线衍射来跟踪氧化钇稳定的四方氧化锆多晶 (Y-TZP) 受到冲击载荷的行为。

研究人员使用时间分辨 X 射线衍射 观察到陶瓷材料的相变韧化

Y-TZP 是一种广泛使用的陶瓷材料,具有高强度和断裂韧性,具有多种应用。因此,人们非常关注更好地理解它,以便我们可以继续优化它,Atsushi Kyono 教授解释说,直到现在,我们还没有清楚地了解断裂过程中晶体结构何时发生变化,因此我们对 Y-TZP 相变增韧的理解有点模糊。


在正常情况下,Y-TZP 具有四方晶体结构。当施加负载时,这没有改变。然而,当动态断裂开始时,检测到少量的单斜相。这表明动态断裂有助于相变韧化过程。


研究人员表明,相变增韧与一种称为剥落断裂的过程有关,这有助于深入了解氧化锆陶瓷的高剥落强度的起源。


除了揭示氧化锆陶瓷行为的一些根本原因外,我们还证明了我们的方法对晶体结构变化进行原位分析的可行性,研究第一作者 Sota Takagi 说,我们相信,我们的发现将有助于坚韧陶瓷的持续发展,用于从电绝缘部件到厨房用具的广泛应用。


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