B4C@TiB2核壳结构单元对Al2O3陶瓷表现出优异的增韧效果
增韧一直是结构陶瓷的重要研究方向。在陶瓷基体中添加二次相制备复合陶瓷是结构陶瓷领域的有效增韧途径。第二相的相类型和微观结构对陶瓷基体的增韧效果起着决定性作用。与传统的独立相作为第二相不同，B 4 C@TiB 2核壳结构单元被特意设计为一种创新的第二相，用于增韧Al 2 O 3陶瓷基体，为Al 2 O 3陶瓷基体的增韧提供了新的概念。结构陶瓷的增韧研究。
中国河北工程大学张志晓领导的材料科学家团队最近成功制备了一种由B 4 C@TiB 2核壳结构单元增韧的Al 2 O 3复合陶瓷，该结构单元由B 4 C核组成被TiB 2壳包围。核壳结构单元作为Al 2 O 3陶瓷的复合增韧相，可以突破目前独立相增韧Al 2 O 3复合陶瓷的增韧瓶颈，实现Al 2 O断裂韧性的进一步提高3陶瓷。
该团队于2024年1月2日在《Journal of Advanced Ceramics》上发表了他们的研究成果。
“在这项工作中，我们通过熔盐方法和放电等离子烧结相结合，制备了由B 4 C@TiB 2核壳结构单元增韧的Al 2 O 3复合陶瓷。与 TiB 2和 SiC 保持隔离并独立分散在 Al 2 O 3陶瓷基体中的传统设置不同，这种 Al 2 O 3复合材料中的两个第二相构成核壳复合结构，可以诱导多维协同增韧行为。核壳结构单元产生的增韧效果是独立相不可能实现的。”论文通讯作者、河北工程大学材料科学与工程学院教授张志晓博士说。张教授还是河北省拔尖人才、河北工程大学材料科学与工程学院副院长。
B 4 C@TiB 2核壳增韧单元由微米级的B 4 C 核和约500 nm 厚的壳包围而成，壳由许多纳米级TiB 2颗粒组成。这些核壳单元周围的区域表现出独特的几何结构，并包含相组成、晶粒尺寸和热膨胀系数的多维变化。因此，出现了复杂的应力分布，从而促进了裂纹在多个维度上的扩展。这种行为消耗了大量的裂纹扩展能量，从而提高了Al 2 O 3陶瓷基体的断裂韧性。所得Al 2 O 3复合陶瓷的断裂韧性提高至6.92 MPa·m 1/2。
“这一新颖的概念以及相应的利用核壳结构单元作为第二相来增强陶瓷基体韧性的增韧机理，可以为其他结构陶瓷的增韧研究提供新的视角和理论基础。”张志晓说道。
下一步是扩展核壳结构单元的形状和相组成，包括由各种相类型组成的核壳结构颗粒、晶须、纤维、管或板。此外，这些核壳结构单元还可以进一步扩展用于增韧多种结构陶瓷，如B 4 C、TiB 2、SiC等。同时，对核壳结构单元作为复合材料的增韧机理进行了系统研究。将进行增韧阶段。最终目标是开发基于核壳单元增韧陶瓷基体的新增韧理论体系。
其他贡献者包括来自中国邯郸河北工程大学的 Yingjie Shi、Weixing Li、Xiaorong Zhang、Jiachao Jin、Jingbo Mu、Guangsuo Wang 和 Xiaoliang Zhang; Jilin Wang，来自中国桂林桂林理工大学;于冬，来自澳大利亚珀斯科廷大学。
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