Estados Unidos. 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 formar componentes a granel a partir de cerámica.
El estudio demuestra que la aplicación de un campo eléctrico a la formación de cerámica hace que el material se reforme tan fácilmente como el metal a temperatura ambiente. El equipo de Purdue aplicó específicamente su técnica al dióxido de titanio.
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.
"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.
“Los nanotwins se han introducido 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 doctorado postdoctoral en el equipo 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 estrés 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 falla frágil catastrófica. "
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 grietas.
"Estas cerámicas dúctiles encuentran muchas aplicaciones tecnológicamente importantes", dijo Xinghang Zhang, profesor de ingeniería de materiales y co-investigador principal del equipo de investigación. "Se puede aplicar a operaciones de defensa, fabricación de automóviles, componentes de reactores nucleares y dispositivos de energía sostenible".
Fuente: Universidad de Purdue.
