以钇稳定氧化锆为代表的工程陶瓷材料具有优异的硬度、耐热性、耐腐蚀性,因此它们在电子零部件、耐火材料、切削工具等领域中一直被广泛使用,尤其是高温、深海、太空等严酷环境更是它们大展身手的地方。但是陶瓷与金属、高分子材料不同,它们几乎不会产生塑性变形。因此在施加外力的时候,往往会因为不能缓解龟裂周围产生的应力集中而引起破坏,相对来说会更难进行加工。
在某些应用场合,结构陶瓷需要与金属等异种材料零件结合使用。但一旦发生明显的温度变化,接合处的陶瓷往往会由于热膨胀率的不同而产生形变,影响接合件的使用性能,因此要利用陶瓷作为耐热构件,就必须要提高其热学性能。
近日,东京大学在与名古屋大学、物质材料研究机构(NIMS)的共同研究中,发现陶瓷透过通电处理可在维持硬度的同时,弹性率降低而使其呈现柔软的现象。研究团队将具有致密质地的钇稳定氧化锆样本以炉内温度℃、电流密度mA/mm的条件予以10分钟的通电处理,并透过音速测定与纳米压痕测定进行材料的力学特性评估。实验结果显示,只有对样品缓慢施力的状况时,弹性率最多约可减少30%而变得柔软,但硬度没有变化。
像这种在缓慢施力下变得柔韧的特性,很类似于聚合物等物质的粘弹性变形。透过此次的研究成果,科学家希望利用新技术可以在让陶瓷保持硬度的同时赋予它们类似聚合物的特性,如此以来就能有效提升陶瓷与金属等异种材料接合时的耐久性,继而提高陶瓷零组件的可靠性。
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