Algo tan simple como un campo eléctrico pronto podría hacer que los misiles de guerra o las tazas para beber sean más fáciles de producir y más resistentes a las fracturas.
Los artículos como tazas para beber, cabezales de misiles, recubrimientos de barrera térmica en las palas del motor, autopartes, componentes electrónicos y ópticos se hacen comúnmente con cerámica.
Las cerámicas son mecánicamente fuertes, pero tienden a fracturarse repentinamente cuando están ligeramente tensas bajo una carga a menos que estén expuestas a altas temperaturas.
Los investigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado un nuevo proceso para ayudar a superar la naturaleza frágil de la cerámica y hacerla más dúctil y duradera. El equipo de Purdue llama al proceso "sinterización instantánea", que agrega un campo eléctrico al proceso de sinterización convencional utilizado para formarcomponentes a granel de cerámica.
"Hemos podido demostrar que incluso a temperatura ambiente, la cerámica sinterizada con el campo eléctrico sorprendentemente se deforma plásticamente antes de fracturarse cuando se comprime a alta tensión", dijo Haiyan Wang, profesor de ingeniería de Basil S. Turner en la Facultad de Ingeniería de Purdue..
Un estudio publicado en Avances científicos demuestra que la aplicación de un campo eléctrico a la formación de cerámica hace que el material se remodele casi tan fácilmente como el metal a temperatura ambiente. El equipo de Purdue aplicó específicamente su técnica al dióxido de titanio, un pigmento blanco ampliamente utilizado.
"Se han introducido nanotwins en varios materiales metálicos para mejorar la resistencia y la ductilidad. Sin embargo, hay pocos estudios previos que muestren que los nanotwins y las fallas de apilamiento pueden mejorar significativamente la plasticidad de la cerámica", dijo Jin Li, investigador y postdoctoral en elequipo de investigación.
La ductilidad significativamente mejorada a temperatura ambiente en el dióxido de titanio se atribuye a los defectos inusualmente de alta densidad, como fallas de apilamiento, gemelos y dislocaciones, formados a través del proceso de sinterización instantánea.
"La existencia de estos defectos elimina la necesidad de una nucleación defectuosa en la cerámica, que generalmente requiere un gran esfuerzo de nucleación, mayor que el esfuerzo de fractura de la cerámica", dijo Wang.
Li, el primer autor del artículo de Purdue, dijo: "Nuestros resultados son importantes porque abren la puerta para usar muchas cerámicas diferentes de nuevas maneras que pueden proporcionar más flexibilidad y durabilidad para soportar cargas pesadas y altas temperaturas sin una fragilidad catastróficafracaso."
La plasticidad mejorada para la cerámica significa una mayor durabilidad mecánica durante el funcionamiento a temperaturas relativamente bajas. La muestra también podría soportar casi tanta tensión de compresión como algunos metales antes de que comiencen a aparecer las grietas.
"Estas cerámicas dúctiles encuentran muchas aplicaciones tecnológicamente importantes", dijo Xinghang Zhang, profesor de ingeniería de materiales e investigador co-principio en el equipo de investigación. "Se puede aplicar a operaciones de defensa, fabricación de automóviles, componentes de reactores nucleares y dispositivos de energía sostenible"."
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Materiales proporcionados por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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