Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Kiểm soát giao diện và tính chất cơ học của các vật liệu composite Al2O3–Ni được chế tạo bằng phương pháp đúc gel và ép nóng
Tóm tắt
Việc sử dụng các vật liệu composite gốm–kim loại đa lớp là một cách hiệu quả để cải thiện độ dẻo dai của các vật liệu gốm giòn. Các vật liệu composite Al2O3–Ni đa lớp đồng nhất đã được chuẩn bị thông qua một phương pháp kết hợp giữa đúc gel và ép nóng, phương pháp này ít phức tạp hơn so với phương pháp ép lớp tuần tự truyền thống. Độ ướt, khuếch tán và phản ứng hóa học giữa Al2O3 và Ni đã được kiểm soát thông qua quá trình xử lý oxy hóa bề mặt của các tấm Ni. Kết quả cho thấy khi sử dụng các tấm Ni đã được oxy hóa bề mặt, cấu trúc vi mô của giao diện Al2O3–Ni đã thay đổi theo nhiệt độ ép nóng. Khi nhiệt độ ép nóng tăng từ 1150 đến 1300 °C, một giao diện thẳng và sạch hình thành, giao diện trở nên liên kết và cuối cùng, một lớp NiAl2O4 ổn định hình thành tại giao diện. Cấu trúc vi mô liên kết này đặc biệt có lợi cho sự liên kết giữa các bề mặt, và sự biến dạng dẻo của các lớp Ni bị hạn chế, dẫn đến các bước trượt thay vì sự hình thành lõm trên bề mặt nứt của các lớp Ni. Ngoài ra, hiệu ứng gia cố của sự biến dạng dẻo và sự lệch vết nứt trong các vật liệu composite Al2O3–Ni là đáng kể, dẫn đến sự nứt dẻo thay vì nứt giòn. Kết quả là vật liệu composite Al2O3–Ni được chế tạo bằng cách sử dụng các tấm Ni đã oxy hóa và phương pháp kết hợp giữa đúc gel và ép nóng đạt được năng lượng nứt cao hơn so với các vật liệu composite được chế tạo bằng các phương pháp khác.
Từ khóa
#Al2O3 #Ni #composite đa lớp #đúc gel #ép nóng #tính chất cơ học #oxy hóa bề mặtTài liệu tham khảo
Clegg WJ, Kendall K, Alford NM, Button TW, Birchall JD (1990) A sample way to make tough ceramics. Nature 347:455–457
Bazhin PM, Konstantinov AS, Chizhikov AP, Pazniak AI, Kostitsyna EV, Prokopets AD, Stolin AM (2021) Laminated cermet composite materials: the main production methods, structural features and properties (review). Ceram Int 47(2):1513–1525
Liu C, Sun J, Wang C, Li F, Hussain T (2021) Fracture behaviour, microstructure, and performance of various layered-structured Al2O3–TiC–WC–Co composites. Ceram Int 47(14):19766–19773
Liu C, Sun J, Li G, Li B, Gong F (2020) Fabrication, mechanical properties and fracture behaviors of the laminated Al2O3–ZrB2–MgO/Al2O3–TiN–MgO ceramic composite. Ceram Int 46(1):857–865
Wang H, Zhao P, Chen L, Li L, Wang X (2020) Energy storage properties of 0.87BaTiO3–0.13Bi(Zn2/3(Nb0.85Ta0.15)1/3)O3 multilayer ceramic capacitors with thin dielectric layers. J Adv Ceram 9(3):292–302
Yang LW, Mayer C, Li N, Baldwin JK, Mara NA, Chawla N, Molina-Aldareguia JM, Llorca J (2018) Mechanical properties of metal-ceramic nanolaminates: effect of constraint and temperature. Acta Mater 142:37–48
Wu C, Xie S, Li Y, Xu H, Chen Y (2018) Effects of Al addition on the phase transformation and interfacial evolution in multilayer Ti-B4C composite. Ceram Int 44(4):4121–4125
Tushtev K, Gonsior M, Murck M, Grathwohl G, Rezwan K (2014) A novel bioinspired multilayered polymer-ceramic composite with outstanding crack resistance. Adv Eng Mater 16(2):156–160
Livanov K, Jelitto H, Bar-On B, Schulte K, Schneider GA, Wagner DH, Ballarini R (2015) Tough alumina/polymer layered composites with high ceramic content. J Am Ceram Soc 98(4):1285–1291
Ming-Min B, Wei-Xin L, Yan-Hui L, Wei Z, Ping-Gen R (2014) Preparation and properties of hot-pressed Al2O3/Al-steel mesh-Al laminated composites. J Inorg Mater 29(12):1339–1344
Oh J, Shin S, Park J, Ham G, Jeon H (2016) Characteristics of Al2O3/ZrO2 laminated films deposited by ozone-based atomic layer deposition for organic device encapsulation. Thin Solid Films 599:119–124
Qi Y-E, Zhang Y-S, Hu L-T (2012) High-temperature self-lubricated properties of Al2O3/Mo laminated composites. Wear 280–281:1–4
Fan H, Song J, Hu L, Hu T, Zhang Y (2017) Optimum control of the mechanical properties of alumina/nickel laminated composites. Ceram Int 43(13):10632–10636
Zuo KH, Jiang DL, Lin QL, Zeng Y-P (2007) Improving the mechanical properties of Al2O3/Ni laminated composites by adding Ni particles in Al2O3 layers. Mater Sci Eng A 443(1–2):296–300
Song J, Zhang Y, Fang Y, Fan H, Hu L, Qu J (2015) Influence of structural parameters and transition interface on the fracture property of Al2O3/Mo laminated composites. J Eur Ceram Soc 35(5):1581–1591
Song J, Su Y, Fan H, Zhang Y, Hu L (2017) A novel design to produce high-strength and high-toughness alumina self-lubricated composites with enhanced thermal-shock resistance-Part I: mechanical properties and thermal shock behavior of Al2O3/Mo–Al2O3 laminated composites. J Eur Ceram Soc 37(1):213–221
Song J, Zhang Y, Fan H, Hu T, Hu L, Qu J (2015) Design of interfaces for optimal mechanical properties in Al2O3/Mo laminated composites. J Eur Ceram Soc 35(3):1123–1127
Sun X, Yeomans JA (1996) Effect of interfacial bonding on the toughening of Al2O3–Ni ceramic matrix composites. J Mater Sci Technol 23(1):29–34
Sun X, Yeomans J (1996) Optimization of a ductile-particle-toughened ceramic. J Am Ceram Soc 79(10):2705–2717
Li F, Wang W, Dang W, Zhao K, Tang Y (2020) Wetting mechanism and bending property of Cu/Al2O3 laminated composites with pretreated CuO interlayer. Ceram Int 46(11):17392–17399
Liu M, Wang Z, Wu J, Li Q, Wu C, Li Y (2015) Effects of Nb on the elements diffusion and mechanical properties of laminated Ti/Al2O3 composites. Mater Sci Eng A 636:263–268
Zhang M, Li X, Zhang M, Xiu Z, Li J-G, Li J, Xie M, Chen J, Sun X (2019) High-strength macro-porous alumina ceramics with regularly arranged pores produced by gel-casting and sacrificial template methods. J Mater Sci 54(14):10119–10129
Roy S, Butz B, Wanner A (2010) Damage evolution and domain-level anisotropy in metal/ceramic composites exhibiting lamellar microstructures. Acta Mater 58(7):2300–2312
Ferraro C, Meille S, Réthoré J, Ni N, Chevalier J, Saiz E (2018) Strong and tough metal/ceramic micro-laminates. Acta Mater 144:202–215
Zhang M, Sun X, Hu X (2020) A study on the failure behavior of Al2O3-Ni micro-layered beams under three point bending. Theor Appl Fract Mech 110:102773
Moreno R (2013) Colloidal processing of ceramics and composites. Adv Appl Ceram 111(5–6):246–253
Fan H, Zhang Y, Hu T, Song J, Ding Q, Hu L (2015) Surface composition–lubrication design of Al2O3/Ni laminated composites—Part I: Tribological synergy effect of micro–dimpled texture and diamond–like carbon films in a water environment. Tribol Int 84:142–151
Trumble KP, Rühle M (1991) The thermodynamics of spinel interphase formation at diffusion-bonded Ni/Al2O3 interfaces. Acta metall mater 39(8):1915–1924
Chen Z, Mecholsky J (1993) Toughening by metallic lamina in nickel/alumina composites. J Am Ceram Soc 76(5):1258–1264
Zuo KH, Jiang DL, Lin QL (2006) Mechanical properties of Al2O3/Ni laminated composites. Mater Lett 60(9–10):1265–1268