可以抵抗裂纹的陶瓷复合材料

先进的陶瓷材料具备高硬度及优异的耐化学性和耐温性,但由于它对缺陷的敏感性和潜在的灾难性失效,其力学可靠性通常较差。我们可借鉴大自然中存在一些牢固又坚韧的层状材料,例如珍珠和骨头,作为参考模型,来克服陶瓷材料与生俱来的脆性。

作为一种具有很高抗裂纹能力的人工仿生陶瓷复合材料,其设计可行性已由德国不莱梅大学(University of Bremen )的科学家证实。他们将片状氧化锆(厚70μm)与仅有几微米厚的粘合剂层相结合。少量的有机粘合剂(大约5.8 vol. %)可为复合材料提供额外的(18 Mpam1/2)裂纹抗力,而这些额外的裂纹抗力约比陶瓷基材的裂纹抗力高出4倍。该种复合材料中已被证实的增韧机理包括剪切粘合剂层而产生的巨大形变、止裂、裂纹偏转、裂纹桥联和陶瓷片的分离。它们可阻止裂纹扩展并防止材料发生灾难性断裂。此外,在提高裂纹抗力的同时,也实现了其刚度和弯曲强度的优化。

该种方法也为调整这类层片状复合材料的力学性能提供了良好的平台,可根据所需的刚度、强度和断裂韧性来调整粘合剂的性质和层厚,以作为设计参数。

来源:MaterialsViews

翻译:刘思涵