3 -WC CMCs.
Compte tenu de l'utilité potentielle d'Al 2 O 3 -WC CMC en tant que matériaux extra-durs, des chercheurs du monde entier ont testé plusieurs formulations pour en identifier une avec une résistance à la flexion élevée, qui est une mesure de la contrainte physique à laquelle un matériau peut être soumis avant qu'il ne se plie ou ne se brise de façon permanente. Précédemment, aucun groupe n'avait développé d'Al 2 O 3 -WC CMC avec une résistance à la flexion supérieure à 1 gigapascal, ce qui signifiait que ceux plus tôt Al 2 O 3 - Les CMC WC ne pouvaient pas surpasser les matériaux CMC existants. Pour tenter d'obtenir une plus grande résistance à la flexion, l'équipe susmentionnée de scientifiques du Japon a mené une étude, qui était dirigée par des scientifiques de l'Université de Nagoya, en collaboration avec NGK Spark Plug Co., Ltd. Dans leur étude, les scientifiques ont expérimenté l'ajout de petites quantités de dioxyde de zirconium (ZrO 2 ) lors de la création d'Al 2 O 3 -WC CMCs. Cet ajout a donné de l'Al "super dur" 2 O 3 -WC CMC avec des résistances à la flexion supérieures à 2 gigapascals. Comme le notent les chercheurs principaux, le Dr Tomohiro Nishi et le Dr Katsuyuki Matsunaga, "C'est un record absolu dans le domaine."
Notamment, les chercheurs ont obtenu ces améliorations considérables de la résistance à la flexion avec un ajout relativement modeste de ZrO2. L'additif représentait moins de 5% de la masse de l'Al fini 2 O 3 -WC CMCs, qui est inférieure à la quantité d'additif habituellement présente dans les CMC enrichies d'additifs. Lorsque les enquêteurs ont étudié les structures de leur Al renforcé au ZrO2 superdur 2 O 3 -WC CMCs utilisant une méthode appelée microscopie électronique à transmission à balayage à résolution atomique, ils ont découvert que les atomes de Zr étaient situés dans des couches minces entre des feuilles d'Al 2 O 3 et WC. En ce qui concerne les interfaces entre l'Al 2 O 3 et draps WC, Le Dr Nishi et le Dr Matsunaga déclarent, "De telles interfaces sont généralement des points faibles en ce qui concerne les propriétés mécaniques." Par conséquent, l'interface entre les feuilles est un emplacement plausible pour que les atomes de Zr exercent des effets qui renforcent l'Al 2 O 3 -WC CMCs. En effet, lorsque les chercheurs ont modélisé les effets des atomes de Zr en utilisant des techniques d'un domaine de la physique mathématique connu sous le nom de théorie fonctionnelle de la densité, leurs résultats ont indiqué qu'une couche interfaciale d'atomes de Zr améliorerait la stabilité de leurs CMC.
Les enquêteurs prévoient un avenir radieux pour leurs nouveaux CMC. Commentant leurs applications potentielles, Le Dr Matsunaga déclare, « Les matériaux que nous avons développés peuvent être utilisés comme matériaux extra-durs dans des dispositifs de travail des métaux pour couper des composants métalliques durs destinés à être utilisés dans les avions et les automobiles. » En réalité, ils notent que les ingénieurs de NGK Spark Plug Co. ont déjà commercialisé les matériaux en tant que composants d'outils de coupe.
La création de ces Al améliorés 2 O 3 -WC Les CMC sont un exemple des améliorations considérables des propriétés physiques qui peuvent être obtenues avec des ajouts relativement mineurs à un matériau.
Le papier, "Matériaux composites extra-durs avancés avec une résistance mécanique extrêmement améliorée par ségrégation interfaciale des dopants dilués, " a été publié dans la revue Rapports scientifiques le 3 décembre 2020.
