Một bài viết đánh giá về việc phát triển và nâng cao độ dẻo của vật liệu gốm ở nhiệt độ phòng-tóm tắt các chiến lược nhằm khắc phục sự hư hỏng thảm khốc của gốm, đánh giá khách quan những thách thức trong ứng dụng kỹ thuật cũng như những đổi mới trong tương lai về hướng xử lý và thiết kế. Bài viết này cung cấp một bản tóm tắt ngắn gọn về đánh giá để tạo điều kiện học tập cho những người thực hành có liên quan.
I. Tại sao Gốm sứ Thiếu Độ dẻo?
Vật liệu kim loại dựa vào sự sai lệch tinh thể bên trong (trượt mạng tinh thể), cho phép các lớp nguyên tử di chuyển dần dần dọc theo các kênh này. Kết quả là người ta thường quan sát thấy sự biến dạng hơn là gãy xương và sụp đổ trực tiếp. Phần lớn vật liệu gốm được liên kết bằng liên kết ion hoặc cộng hóa trị, bền và ổn định nên khó tạo ra độ trượt tương tự như ở kim loại. Do đó, năng lượng cần thiết để tạo ra chuyển động lệch vị trí thường vượt quá độ bền đứt gãy mà vật liệu có thể chịu được, dẫn đến nứt và phân mảnh thay vì biến dạng-do đó gốm sứ thường được dán nhãn là "giòn".
II. Gốm sứ "Nhựa" có thể làm được gì?
Sự kết hợp giữa "khả năng chống va đập" với khả năng chịu nhiệt độ-cao vốn có và độ bền cao của gốm dẫn đến các ứng dụng hàng không vũ trụ như động cơ và các bộ phận bảo vệ nhiệt có khả năng chống lại rủi ro hỏng hóc tốt hơn, nâng cao đáng kể độ tin cậy. "Độ dẻo dai" được nâng cao cũng làm giảm độ khó xử lý trong sản xuất chất bán dẫn tiên tiến và cải thiện độ tin cậy của các bộ phận chính xác trong thiết bị. Nói tóm lại, chi phí cao, hiệu quả và năng suất thấp liên quan đến gia công chính xác các cấu trúc phức tạp trong các ngành công nghiệp truyền thống có thể giảm đáng kể.
III. Chiến lược khắc phục độ giòn của gốm sứ
01 Khiếm khuyết Kỹ thuật
Cách tiếp cận này tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động lệch vị trí bằng cách kiểm soát các khuyết tật tinh thể-chẳng hạn như sai lệch vị trí, chỗ trống, cấu trúc ranh giới hạt và biến dạng mạng cục bộ-để hạ thấp ngưỡng biến dạng dẻo.
Ví dụ, một kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chíTài liệu hôm nay, có tiêu đề "Thu hoạch-độ dẻo ở nhiệt độ phòng trong gốm sứ bằng các sai lệch được tạo mầm cơ học,” chứng minh rằng việc-tạo ra một số lượng lớn sai lệch trước khi tạo ra một số lượng lớn các sai lệch có thể giúp gốm bắt đầu biến dạng dẻo ở nhiệt độ phòng. Sau khi gieo mầm các sai lệch một cách cơ học, các sai lệch này có thể nhân lên và di chuyển nhiều hơn, giúp gốm đạt được độ biến dạng dẻo nén lớn hơn. Các nghiên cứu liên quan thậm chí còn đạt được biến dạng nén dẻo vượt quá 30%.
02 Thiết kế kết cấu
Chiến lược này tìm kiếm những đột phá từ quan điểm thiết kế kết cấu gốm sứ, với các phương pháp tiếp cận cụ thể bao gồm:
Giảm kích thước hạt để nhiều ranh giới hạt có thể cản trở sự lan truyền vết nứt đồng thời tạo ra các cơ chế biến dạng mới;
Các thiết kế lấy cảm hứng từ sinh học-, chẳng hạn như các cấu trúc giống xà cừ, khiến các vết nứt liên tục lệch đi trong quá trình lan truyền, tăng cường khả năng chống hư hại;
Một số vật liệu gốm có thể đạt được biến dạng dẻo thông qua sự trượt hạt tương đối thay vì dựa hoàn toàn vào sự sai lệch;
Giới thiệu các vùng vô định hình để cải thiện khả năng điều chỉnh cấu trúc cục bộ, cho phép vật liệu giải phóng ứng suất dễ dàng hơn.
03 Mô phỏng kỹ thuật số
Kỷ nguyên AI đã mang lại lợi ích cho việc khám phá vật liệu và thử nghiệm thử nghiệm. Các nhà nghiên cứu có thể kết hợp động lực phân tử, tính toán{{1}các nguyên tắc đầu tiên và cơ sở dữ liệu vật liệu để dự đoán. Điều này bao gồm các thông số đặc trưng tương quan như tỷ lệ Poisson, tỷ lệ Pugh (tức là tỷ lệ mô đun cắt G và mô đun khối K), cấu trúc tinh thể, điểm nóng chảy và liên kết hóa học với độ dẻo ở nhiệt độ phòng-, từ đó cho phép thiết kế vật liệu có mục tiêu và hiệu quả.