以釔穩定氧化鋯為代表的工程陶瓷材料具有優異的硬度、耐熱性、耐腐蝕性,因此它們在電子零部件、耐火材料、切削工具等領域中一直被廣泛使用,尤其是高溫、深海、太空等嚴酷環境更是它們大展身手的地方。但是陶瓷與金屬、高分子材料不同,它們幾乎不會產生塑性變形。因此在施加外力的時候,往往會因為不能緩解龜裂周圍產生的應力集中而引起破壞,相對來說會更難進行加工。
在某些應用場合,結構陶瓷需要與金屬等異種材料零件接合使用。但一旦發生明顯的溫度變化,接合處的陶瓷往往會由于熱膨脹率的不同而產生形變,影響接合件的使用性能,因此要利用陶瓷作為耐熱構件,就必須要提高其熱學性能。
近日,東京大學在與名古屋大學、物質材料研究機構(NIMS)的共同研究中,發現陶瓷透過通電處理可在維持硬度的同時,彈性率降低而使其呈現柔軟的現象。研究團隊將具有致密質地的釔穩定氧化鋯樣本以爐內溫度600℃、電流密度400 mA/mm2 的條件予以10分鐘的通電處理,并透過音速測定與納米壓痕測定進行材料的力學特性評估。實驗結果顯示,只有對樣品緩慢施力的狀況時,彈性率最多約可減少30%而變得柔軟,但硬度沒有變化。

像這種在緩慢施力下變得柔韌的特性,很類似于聚合物等物質的粘彈性變形。透過此次的研究成果,科學家希望利用新技術可以在讓陶瓷保持硬度的同時賦予它們類似聚合物的特性,如此以來就能有效提升陶瓷與金屬等異種材料接合時的耐久性,繼而提高陶瓷零組件的可靠性。
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作者:粉體圈
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