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筑波大学:钇稳定氧化锆陶瓷的相变增韧研究进展
2021年06月15日 发布 分类:技术前沿 点击量:841
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6月7日,应用物理快报发表了日本筑波大学研究人员对氧化锆陶瓷相变增韧的研究成果,通过相变增韧描述了晶体结构变化可以降低裂纹驱动力的过程,并且证明了时间分辨 X 射线衍射方法在研究断裂动力学方面的巨大潜力。该研究以“Visualization of transformation toughening of zirconia ceramics during dynamic fracture”为题发表。

先进陶瓷以其高强高韧广泛用于从航空航天到生物医学等各个行业,强化并提升其安全可靠性是非常重要的研究领域。当前的研究方法是,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。但是,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。

(a)VISAR测量 (b)时间分辨原位XRD测量。

筑波大学的研究人员为此使用时间分辨X 射线(time-resolved X-ray)衍射观察了钇稳定氧化锆陶瓷((Y-TZP)在动态断裂过程中的相变韧化。Atsushi Kyono 教授解释,“氧化锆陶瓷具有高强度和高断裂韧性,应用广泛,能更好的了解它,便于继续优化它。目前,我们并不十分清楚它断裂过程中的晶体结构变化,因此对其相变增韧的理解就有一些模糊。”

正常情况的Y-TZP具有四方晶体结构,当发生断裂时,可以检测到少量单斜晶相。这表明,动态断裂会推动增韧过程的转化。研究证明,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。

论文链接:地址:https://doi.org/10.1063/5.0044607

编译 YUXI


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