¿Cómo solucionar la desventaja de la cerámica de óxido?

La desventaja de que las cerámicas de óxido son frágiles se puede solucionar mediante los siguientes métodos:
1. Endurecimiento de partículas
Introducción de partículas de segunda fase: se añaden partículas de segunda fase de alta dureza y alta tenacidad, como carburo de silicio (SiC), carburo de titanio (TiC), nitruro de silicio (Si₃N₄), etc., a la cerámica de óxido. Estas partículas pueden impedir la propagación de grietas en la matriz cerámica, mejorando así la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, añadir una cantidad adecuada de partículas de SiC a la cerámica de alúmina puede aumentar la tenacidad a la fractura de la cerámica en más de un 20 %.
Endurecimiento por nanopartículas: las nanopartículas tienen las características de una gran área de superficie específica y una alta actividad, y pueden formar interfaces a escala nanométrica en la matriz cerámica, mejorando así la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, la adición de nanopartículas de alúmina a la cerámica de circonio puede aumentar la tenacidad a la fractura de la cerámica en más del 30%.
2. Endurecimiento de las fibras
Endurecimiento continuo de fibras: adición de fibras continuas, como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de carburo de silicio, etc., a la cerámica de óxido. Estas fibras pueden formar una estructura de red tridimensional en la matriz cerámica, lo que impide eficazmente la expansión de grietas y mejora la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, la adición de fibras de carbono a la cerámica de alúmina puede aumentar la tenacidad a la fractura de la cerámica en más del 50%.
Endurecimiento por fibras cortas: Las fibras cortas también pueden mejorar la tenacidad de las cerámicas de óxido hasta cierto punto. Las fibras cortas pueden tender puentes entre las grietas de la matriz cerámica, lo que ralentiza la expansión de las grietas. Por ejemplo, añadir fibras de vidrio troceadas a las cerámicas de circonio puede aumentar la tenacidad a la fractura de las cerámicas en más de un 20 %.
3. Endurecimiento por transformación de fase
Endurecimiento por transformación de fase de zirconio: El zirconio tiene características de transformación de fase martensítica y puede transformarse de fase tetragonal a fase monoclínica bajo ciertas condiciones. Este proceso de transformación de fase absorbe energía, lo que impide la expansión de grietas y mejora la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, agregar una cantidad adecuada de estabilizador a la cerámica de zirconio puede mantener el zirconio en fase tetragonal a temperatura ambiente. Cuando la cerámica se somete a una fuerza externa, el zirconio tetragonal se transformará en fase monoclínica, mejorando así la tenacidad a la fractura de la cerámica.
Endurecimiento con otros materiales de cambio de fase: Además de la zirconia, existen otros materiales de cambio de fase que también pueden utilizarse para mejorar la tenacidad de las cerámicas de óxido, como el titanato de bario (BaTiO₃).
4. Endurecimiento compuesto
Endurecimiento de compuestos de partículas y fibras: la combinación del endurecimiento de partículas y el endurecimiento de fibras puede mejorar aún más la tenacidad de las cerámicas de óxido. Por ejemplo, la adición simultánea de partículas de SiC y fibras de carbono a las cerámicas de alúmina puede aumentar la tenacidad a la fractura de las cerámicas en más del 60 %.
Endurecimiento de compuestos multicapa: al preparar cerámicas de óxido con una estructura multicapa, se puede aprovechar el efecto de interfaz entre las diferentes capas para mejorar la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, la preparación de cerámicas compuestas multicapa de alúmina y circonio puede aumentar la tenacidad a la fractura de la cerámica en más del 40 %.
5. Optimización del proceso de preparación
Control de la temperatura y la presión de sinterización: el aumento adecuado de la temperatura y la presión de sinterización puede promover la densificación de la cerámica, reducir los poros y los defectos en la cerámica y, por lo tanto, mejorar la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, al preparar cerámica de alúmina mediante sinterización por prensado en caliente, el aumento de la temperatura y la presión de sinterización puede aumentar la tenacidad a la fractura de la cerámica en más del 20%.
Utilizar tecnología de sinterización avanzada: como la sinterización por plasma de chispa (SPS), la sinterización por microondas, etc. Estas tecnologías de sinterización avanzadas pueden lograr la densificación de la cerámica en un tiempo más corto, reducir los defectos en la cerámica y, por lo tanto, mejorar la tenacidad de la cerámica. Por ejemplo, cuando la cerámica de circonio se prepara utilizando tecnología SPS, la tenacidad a la fractura de la cerámica puede aumentar en más del 30%.
Mediante métodos como el endurecimiento de partículas, el endurecimiento de fibras, el endurecimiento por cambio de fase, el endurecimiento compuesto y un proceso de preparación optimizado, se puede resolver de manera efectiva la desventaja de que las cerámicas de óxido son frágiles y se puede mejorar la tenacidad y la confiabilidad de las cerámicas.
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