ساخت ماده سرامیکی با قابلیت شکل پذیری در دمای بالا از طریق سینتریگ تحت میدان الکتریکی
عمده مواد سرامیکی استحکام بالایی دارند اما به دلیل غیرممکن بودن تغییر شکل در اثر حرکت نابجایی ها، چقرمگی بسیار پایینی در دمای پایین دارند. برخی از مواد سرامیکی نانوساختار دارای استحکام بالا، مقاومت سایش، و/یا چقرمگی شکست بالا در دمای بالا هستند. با این حال، روش های متداول سینترینگ به طور معمول به دمای بسیار بالا و زمان بسیار طولانی نیاز دارند که در نتیجه موجب افزایش اندازه دانه می گردند. مواد سرامیکی کاربردهای دما بالای فراوانی دارند که شامل پوشش های مانع حرارتی برای موتورها و توربین ها می شود. یکی از مهم ترین گزینه ها برای این کاربرد، زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) است. اخیر کشف شده است که YSZ با استفاده از یک تکنیک سینترینگ نوین به نام فلش سینترینگ (Flash Sintering)، می توان در کم تر از چند ثانیه در دمای بسیار پایین تر نسبت به روش های متداول سینترینگ، YSZ با چگالی کامل را تولید کرد. این تکنیک سینترینگ بسیار سریع بوده و تحت میدان های الکتریکی متوسط انجام می شود. زمانی که دما بالاتر از دمای شروع فلش باشد، تحت میدان الکتریکی اعمالی، فرایند چگالش در کم تر از چند ثانیه رخ می دهد که می توان این اتفاق را با توجه به افزایش ناگهانی رسانایی الکتریکی تشخیص داد که با افزایش چشمگیر چگالی همراه است.
در پژوهشی که در مجله Nature Communications منتشر شده است، محققین به منظور ساخت نمونه های سرامیکی با قابلیت تغییر شکل، از روش فلش سینترینگ استفاده کرده اند. این روش در دمای بسیار پایین، موجب تشکیل ذرات با اندازه کوچک و خواص دی الکتریک بهبود یافته می شود. این نمونه سرامیکی در کم تر از دمای 400 درجه سانتیگراد، استحکام تسلیم فشاری بیش از 3.5 گیگاپاسکال و کرنش غیرالاستیک بالا (تقریبا 8%) را نشان داد که عمدتا به دلیل چقرمه شدن در اثر تغییر فاز می باشد. در دماهای بالاتر، هسته زایی و انتشار ترک رخ نمی دهد و پلاسیسیته به دلیل جابجایی نابجایی ها رخ می دهد. چگالی بالای نابجایی که در سرامیک های تولید شده از طریق فلش سینترینگ، وجود دارد می تواند به معنی افزایش پلاسیسیته و چقرمگی مواد سرامیکی سینتر شده گردد.
DOI: 10.1038/s41467-018-04333-2
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)
