11月17日，物理研究門戶網站報道了來自維也納理工大學（TU Wien）發表在物質學報（Acta Materialia）上的研究成果——PVD納米結構陶瓷涂層不會像金屬材料那樣有疲勞效應，而決定其耐久穩定性的因素完全取決于斷裂韌性。

論文地址：doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118260

示意圖：重復應力通常會導致材料疲勞。然而，超薄陶瓷層不會改變——它們只會在超過負載極限時破裂

極薄的陶瓷涂層可以徹底改變技術部件的特性。例如，涂層用于提高金屬的耐熱性或耐腐蝕性。涂層工藝對大型渦輪葉片以及生產技術中承受極大壓力的工具起著重要作用。TU Wien研究人員研究了決定這種涂層穩定性的因素，其中一些試驗在漢堡的DESY同步加速器上獲得，DESY的同步加速器提供了聚焦非常好的X射線，可以用于在加載實驗期間檢查樣品的各個點。即使是晶體結構或相鄰原子之間距離的微小變化也可以通過這種方式檢測到。

“在許多應用中，周期性載荷是一個大問題，”維也納大學材料科學與技術研究所應用表面和涂層技術研究組組長Helmut Riedl教授說?！叭绻銓⒔饘俨考淮斡忠淮蔚乇┞对谝欢ǖ牧ο?，在微觀尺度上就會發生變化。”一些原子可能會移動，形成的層可能會相互滑過，微小的裂縫可能會發展，最終導致整個部件斷裂。這種材料疲勞效應在工程中普遍存在，并得到了很好的研究。然而，薄涂層在應力作用下會發生什么情況尚不清楚。“陶瓷涂層通常只有幾納米到10μm厚，它們的行為與實心陶瓷完全不同，”Lukas Zauner說道，他正在應用表面和涂層技術研究小組撰寫論文。TU Wien開發了全新的測量方法：該團隊沒有像通常那樣一起測試金屬和陶瓷涂層，而是省去了金屬，制作了薄膜技術中常用的各種陶瓷材料的極薄樣品，并以精確定義的方式一次又一次地將其暴露在各種載荷下。

這些測量結果表明：陶瓷實際上沒有變化。即使數百萬次負載循環也不會導致材料疲勞。Helmut Riedl說：“標準陶瓷會根據某些模式疲勞，類似于我們從金屬中知道的那種疲勞。但這些極薄的層并沒有表現出這種行為?！薄！八麄兊奈⒂^結構在結束時和開始時一樣。當然，這也改變了新的、改進的陶瓷涂層材料研究項目的設計策略。你不必做長時間的長期測試，通過簡單的載荷測試就可以找出哪種材料在哪種力下斷裂。你不必擔心如何可能減輕材料中的疲勞效應，你只需要找到具有最高斷裂韌性的材料，即使這本身不是一項簡單的任務。”

該團隊已經找到了一種很好的候選材料：某種形式的二硼化鉻在測試中被證明具有驚人的抵抗力。這為未來有希望的研究取得最大成功鋪平了道路。

編譯整理 YUXI

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。