形状记忆陶瓷中的纳米级自愈合机制
材料科学
2018-12-31 v1
摘要
形状记忆(SM)陶瓷,如钇稳定四方氧化锆(YSTZ),是一类独特的 SM 材料,具有超高的使用温度、高耐化学腐蚀与抗氧化等独特性能。然而,在制造过程和/或机械变形中通常观察到 SM 陶瓷缺陷的形成。为充分利用这些陶瓷的 SM 特性,有必要充分理解外部刺激下缺陷的纳米结构演化。本研究通过原子尺度模拟考察了 YSTZ 纳米柱中的缺陷闭合行为。选取 [011-] 与 [001] 两个特征取向分别表征相变与位错迁移的主导变形机制。在存在裂纹与空隙时,纳米柱的强度与屈服应变显著下降,尤以 [011-] 取向 YSTZ 纳米柱为甚。观察到四方到单斜相变伴随的体积膨胀可促进裂纹与空隙愈合。原子应力分析揭示了沿新形成单斜相带的应力集中。确定了临界裂纹宽度,小于该宽度时裂纹可在压缩下完全闭合。尺寸效应研究表明纳米柱尺寸增大会对裂纹自愈合行为产生积极影响。对于 [001] 取向 YSTZ 纳米柱,位错迁移导致非晶相形成,亦辅助裂纹与空隙闭合过程。所揭示的裂纹/空隙愈合机制可为减轻影响 SM 陶瓷力学性能与变形机制的内部缺陷提供途径。
引用
@article{arxiv.1812.11136,
title = {Nanoscale Self-Healing Mechanisms in Shape Memory Ceramics},
author = {Ning Zhang and Mohsen Asle Zaeem},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.11136},
year = {2018}
}