Quelque chose d'aussi simple qu'un champ électrique pourrait bientôt rendre les missiles de guerre ou les gobelets plus faciles à produire et plus résistants aux fractures.

Des articles tels que des tasses à boire, têtes de missiles, revêtements de barrière thermique sur les aubes de moteur, pièces automobiles, les composants électroniques et optiques sont généralement fabriqués en céramique.

Les céramiques sont mécaniquement résistantes, mais ont tendance à se fracturer soudainement lorsqu'ils sont légèrement tendus sous une charge, à moins d'être exposés à des températures élevées.

Les chercheurs de l'Université Purdue ont mis au point un nouveau processus pour aider à surmonter la nature fragile de la céramique et la rendre plus ductile et durable. L'équipe Purdue appelle le processus « frittage flash, " qui ajoute un champ électrique au processus de frittage conventionnel utilisé pour former des composants en vrac à partir de céramique.

"Nous avons pu montrer que même à température ambiante, les céramiques frittées avec le champ électrique se déforment plastiquement de manière surprenante avant la rupture lorsqu'elles sont comprimées à haute contrainte, " a déclaré Haiyan Wang, le professeur d'ingénierie Basil S. Turner au Collège d'ingénierie de Purdue.

Une étude publiée dans Avancées scientifiques démontre que l'application d'un champ électrique à la formation de la céramique rend le matériau presque aussi facilement remodelé que le métal à température ambiante. L'équipe Purdue a spécifiquement appliqué sa technique au dioxyde de titane, un pigment blanc largement utilisé.

"Les nanotwins ont été introduits dans divers matériaux métalliques pour améliorer la résistance et la ductilité. Cependant, il y a peu d'études antérieures qui montrent que les nanojumeaux et les défauts d'empilement peuvent améliorer considérablement la plasticité des céramiques, " dit Jin Li, un stagiaire postdoctoral et chercheur au sein de l'équipe de recherche.

La ductilité considérablement améliorée à température ambiante du dioxyde de titane est attribuée aux défauts de densité exceptionnellement élevée, comme les défauts d'empilement, jumeaux et luxations, formé par le processus de frittage flash.

"L'existence de ces défauts supprime le besoin de nucléation des défauts dans les céramiques, qui nécessite généralement une contrainte de nucléation importante, supérieure à la contrainte de rupture des céramiques, " a dit Wang.

Li, le premier auteur de l'article de Purdue, mentionné, "Nos résultats sont importants car ils ouvrent la porte à l'utilisation de nombreuses céramiques différentes de nouvelles manières qui peuvent offrir plus de flexibilité et de durabilité pour supporter des charges lourdes et des températures élevées sans rupture fragile catastrophique."

Une plasticité améliorée pour la céramique signifie une plus grande durabilité mécanique pendant le fonctionnement à des températures relativement basses. L'échantillon pouvait également résister à presque autant de contraintes de compression que certains métaux avant que des fissures ne commencent à apparaître.

"Ces céramiques ductiles trouvent de nombreuses applications technologiquement importantes, " dit Xinghang Zhang, professeur de génie des matériaux et co-chercheur principal de l'équipe de recherche. « Elle peut être appliquée aux opérations de défense, fabrication automobile, composants de réacteurs nucléaires et dispositifs d'énergie durable."