Une équipe de chercheurs de l'Université d'Osaka a démontré que les fissures induites dans les composites constitués d'alumine ( Al 2 O 3 ) les céramiques et le titane (Ti) en phase dispersée peuvent être cicatrisés à température ambiante, une première mondiale. Cette méthode de cicatrisation céramique permet la cicatrisation des fissures même dans un état dans lequel les pièces en céramique sont montées sur des dispositifs à faible coût et sans utiliser de processus de traitement thermique à haute température compliqués qui nécessitent des quantités importantes d'énergie.

Bien que divers types de composites métal-céramique aient été recherchés et développés, leur combinaison et leurs structures fines étaient limitées en raison des différences dans les types de liaison céramique-métal, réactivité chimique, et la taille des particules de poudre métallique disponible dans le commerce.

Cette équipe a surmonté ces restrictions en optimisant les processus de synthèse et les processus de frittage. En 2018, ils ont produit Al 2 O 3 /Ti composites à structure de percolation en contrôlant la teneur en Ti ajouté et en optimisant la granulométrie des poudres de Ti métallique et les procédés de frittage, amélioration de la ténacité à la rupture et de la conductivité électrique de l'Al 2 O 3 /Ti composites. (Communiqué de presse de l'Université d'Osaka, 28 novembre 2018)

Dans cette étude, les chercheurs ont démontré que l'anodisation électrochimique se produisait dans Al 2 O 3 /Ti composites. En outre, ils ont développé une méthode de guérison à température ambiante pour guérir les fissures induites dans Al 2 O 3 /Ti composites en utilisant le phénomène d'anodisation sans traitement thermique, récupérer la résistance des composites à leur niveau d'origine, une première mondiale. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le Journal de l'American Ceramic Society .

Pour soigner la céramique, la cicatrisation des fissures par réaction chimique (capacité d'auto-guérison) a été étudiée, mais un traitement à haute température de 1, 000℃ ou plus était nécessaire pour provoquer une réaction chimique et/ou une réaction de diffusion, ce qu'on appelle le frittage.

De plus, parce que les méthodes de réparation des fissures utilisant une colle résine (par exemple une résine époxy) ou un ciment céramique présentaient une limite d'adhérence entre la céramique et la résine ou le ciment céramique, il était difficile de récupérer complètement la résistance à la rupture à son niveau d'origine.

Dans cette étude, les chercheurs ont atteint une conductivité électrique élevée en dispersant de manière homogène Ti, démonstration de la cicatrisation des fissures à température ambiante en Al 2 O 3 /Ti composites par anodisation sans traitement thermique et récupération complète de la résistance à la rupture à son niveau d'origine pour la première fois au monde.

Dans les expériences utilisant des composites dont la résistance à la rupture a diminué en raison de fissures introduites (graphique de la figure 1), ils ont démontré :

1. La résistance à la rupture a été récupérée à son niveau d'origine par anodisation, et
2. La récupération était due à des oxydes de titane formés à la surface du titane dispersé par oxydation anodique, qui a ponté les surfaces fissurées et rempli la fissure, réduire la concentration des contraintes sur le fond de fissure.

L'auteur principal Tohru Sekino dit :"Les résultats de notre étude peuvent également être appliqués à des systèmes composites à base de céramique autres que l'Al 2 O 3 /Les composites Ti comme nouvelle méthode de cicatrisation des fissures pour les céramiques, et une technique pour assurer la fiabilité des céramiques elles-mêmes. Al 2 O 3 Les composites /Ti seront développés en matériaux multitâches qui permettent de multiples fonctions et applications en fonction de leur objectif et de leur utilisation. »