Fig. 1:Förökning av införd spricka i Al2O3/Ti-komposit (a) och läkta sprickor efter anodisering vid rumstemperatur (b, c och d), där sprickor vid dispergerat titan (vita partiklar) såväl som delar av sprickor vid Al2O3-keramer fylldes av de bildade titanoxiderna. Brotthållfastheten för spruckna kompositer minskade kraftigt, men var nästan helt återställd till sin ursprungliga nivå (höger). Kredit:Osaka University
Ett team av forskare vid Osaka University visade att sprickor inducerade i kompositer bestående av aluminiumoxid ( Al 2 O 3 ) keramik och titan (Ti) som dispergerad fas kunde läkas vid rumstemperatur, en världsnyhet. Denna keramiska läkningsmetod tillåter sprickläkning även i ett tillstånd där keramiska delar monteras på enheter till en låg kostnad och utan att använda komplicerade högtemperaturvärmebehandlingsprocesser som kräver betydande mängder energi.
Även om olika typer av metall-keramiska kompositer har undersökts och utvecklats, deras kombination och fina strukturer var begränsade på grund av skillnader i keramisk-till-metallbindningstyper, kemisk reaktivitet, och partikelstorleken för kommersiellt tillgängligt metallpulver.
Detta team övervann dessa restriktioner genom att optimera syntesprocesser och sintringsprocesser. Under 2018, de producerade Al 2 O 3 /Ti-kompositer med en perkolationsstruktur genom att kontrollera innehållet av tillsatt Ti och optimera partikelstorleken hos metalliskt Ti-pulver och sintringsprocesser, förbättring av brottseghet och elektrisk ledningsförmåga hos Al 2 O 3 /Ti-kompositer. (Osaka University Pressmeddelande, 28 november 2018)
I den här studien, forskarna visade att elektrokemisk anodisering inträffade i Al 2 O 3 /Ti-kompositer. Dessutom, de utvecklade en läkningsmetod vid rumstemperatur för att läka sprickor inducerade i Al 2 O 3 /Ti-kompositer genom att använda anodiseringsfenomenet utan värmebehandling, att återställa kompositernas styrka till sin ursprungliga nivå, en världsnyhet. Resultaten av denna forskning publicerades i Journal of the American Ceramic Society .
För att läka keramik, sprickläkning genom kemisk reaktion (självläkande förmåga) har studerats, men en högtemperaturbehandling av 1, 000 ℃ eller högre var nödvändigt för att orsaka en kemisk reaktion och/eller en diffusionsreaktion, så kallad omsintring.
Dessutom, eftersom sprickreparationsmetoder med hartslim (t.ex. epoxiharts) eller keramisk cement hade en gräns i vidhäftningen mellan keramik och harts eller keramisk cement, det var svårt att helt återställa brottstyrkan till sin ursprungliga nivå.
I den här studien, forskarna uppnådde hög elektrisk ledningsförmåga genom att homogent dispergera Ti, demonstrerar rumstemperatur sprickläkning i Al 2 O 3 /Ti-kompositer genom anodisering utan värmebehandling och full återhämtning av brotthållfasthet till sin ursprungliga nivå för första gången i världen.
I experiment med kompositer vars brotthållfasthet minskade på grund av införda sprickor (diagram i figur 1), de visade:
Seniorförfattaren Tohru Sekino säger, "Resultaten av vår studie kan också tillämpas på andra keramiska kompositsystem än Al 2 O 3 /Ti-kompositer som en ny sprickläkningsmetod för keramik, och en teknik för att säkerställa tillförlitligheten hos själva keramiken. Al 2 O 3 /Ti-kompositer kommer att utvecklas till multitasking-material som tillåter flera funktioner och applikationer beroende på deras syfte och användning."
