O compósito de cerâmica-metal semelhante a nácar atinge força superior e potencial de produção de massa

Os moluscos possuem conchas de proteção resistentes, graças à sua estrutura interna de nácar. O nácar, o nanocompósito pure, demonstra excelentes propriedades mecânicas por meio de alta resistência e alta tenacidade. Espera -se que a nacre seja aplicada em campos como compósitos estruturais leves e equipamentos de proteção. No entanto, desafios como o tamanho limitado do materials, a eficiência da fabricação e a flexibilidade impedem o desenvolvimento.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo acadêmico Yu Shuhong, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), relatou uma nova estratégia para preparar compósitos de cerâmica-metal semelhante a nacre (ceramets) baseados em microesferas de alumina deformáveis ​​revestidas com sal de níquel. O materials tem excelente força de flexão e resistência à fraturae pode ser produzido em massa em várias formas através de técnicas simples.

Esta pesquisa é publicado em Nationwide Science Evaluation.

Em primeiro lugar, a equipe de pesquisa sintetizou as microesferas de alumina de tamanho através da emulsificação da pasta de cerâmica em solventes orgânicos. Após a peneiração, eles obtiveram microesferas de um tamanho uniforme de partícula e as revestiram com uma camada de sal de níquel.

Além disso, através da montagem do molde e da pressão quente, as microesferas compostas modificadas foram achatadas nas plaquetas. Enquanto a camada de níquel metálica formava uma estrutura compartimentada, replicando com precisão a estrutura “Brick and Mud” da nácar e lama pure.

Vale ressaltar que, ao empregar mais microesferas e moldes irregulares, essa estratégia permite a preparação multifuncional de grandes cerameets de forma irregular.

Além disso, os ceramets semelhantes a nacre foram otimizados em várias escalas. Na escala macro, as camadas de cerâmica de alumina alternam com camadas de níquel metálicas. Na escala micro, as partículas de níquel penetram na camada de cerâmica para aumentar a tenacidade, enquanto a interface entre as duas fases é fortemente ligada.

Esse materials otimizado alcançou uma resistência à flexão de 386 MPa à temperatura ambiente e ainda mantinha 286,86 MPa a 600 ° C de alta temperatura. Sua resistência à fratura atingiu 12,76 mpa · m^¹/² (temperatura ambiente) e 12,99 MPA · M^¹/² (alta temperatura).

A equipe de pesquisa descobriu que, quando os cerameets semelhantes a nacre eram submetidos a força e fracasso, as rachaduras se desviam ao longo da interface cerâmica-metal, impedindo a falha instantânea através da dissipação de energia. Isso o torna altamente elegível para aplicações em ambientes extremoscomo aeroespacial Proteção térmica e revestimento protetor de impacto em alta velocidade.

Este estudo aplica ainda mais o projeto de estrutura semelhante a nacre ao campo de compósitos de metais cerâmicos, representando um passo importante em aplicações práticas de materiais estruturais biomiméticos.