Keramika MAX-phase dokáže sama zacelit trhliny i při pokojové teplotě
Ukázali, že tyto upravené keramiky vytvářejí přirozené chyby nebo zalomené pásy, které mohou nejen účinně zastavit růst trhlin, ale také je mohou uzavřít a uzdravit, čímž se zabrání katastrofickému selhání.
„Co je na MAX phase opravdu vzrušující, je to, že při zatížení snadno vytvářejí smyčkové pásy, které mohou samy zacelovat trhliny i při pokojové teplotě, což je činí vhodnými pro řadu pokročilých strukturálních aplikací,“ řekl Ankit Srivastava, odborný asistent na katedře Materials Science and Engineering a odpovídající autor studie. "Dosud bylo samoléčení trhlin v keramice dosaženo pouze při velmi vysokých teplotách oxidací, a proto je samohojení trhlin při pokojové teplotě pozoruhodné.“
Toto pozoruhodné chování MAX-phase lze vysledovat zpět do jejich atomově vrstvených struktur.
„Představte si obyčejný bochník chleba, je homogenní, takže když ho rozkrojím, každý plátek bude vypadat stejně - myšlenkově podobný konvenční keramice,“ řekl Miladin Radovic, profesor katedry materiálových věd a inženýrství a také odpovídající autor studie. "Ale MAX-phase jsou vrstvené jako sendvič s arašídovým máslem, obrazně řečeno s arašídovým máslem mezi dvěma plátky chleba."
Vědci poté zkoumali, zda se tato jedinečná vrstvená struktura MAX-phase liší od konvenční keramiky. Pro své experimenty použili monokrystalické vzorky MAX phase karbidu chromu syntetizované Thierrym Ouissem z Université Grenoble Alpes a vedoucím autorem studie Hemant Rathod. Vzorky vložili do elektronového mikroskopu pomocí testovacího zařízení navrženého vlastní firmou.
Když vědci při namáhání pozorovali deformující se vzorek v elektronovém mikroskopu, zjistili, že v materiálu se vyskytují vady podobné smyčkovým pásům, které se podobají těm, které se tvoří v přírodních horninách. Ještě zajímavější je, že zjistili, že materiál v zalomených pásech se při namáhání otáčí, což nejen vytváří bariéru proti šíření trhlin, ale také nakonec trhliny uzavírá a uzdravuje. V důsledku toho již nebyl vzorek náchylný ke katastrofickému selhání.
„Co je skutečně vzrušující, je to, že se tento mechanismus zauzlování nebo samoléčební může vyskytovat znovu a znovu uzavíráním nově vytvořených trhlin, a tím oddálit selhání materiálu,“ řekl Hemant Rathod, doktorand na katedře materiálových věd a inženýrství.
Současný objev, že materiály odolné vůči teplu a extrémním prostředím, jako jsou MAX-phase, mají také samoopravné trhliny, které se mohou tvořit během provozu, může posunout řadu technologií nové generace, například účinné proudové motory, hypersonické lety a bezpečnější jaderné reaktory. Výzkumníci také v současné studii poznamenali, že samoléčeení trhlin indukovaných zalomením není s největší pravděpodobností jedinečné pro MAX-phase a může být rozšířeno na další materiály s podobnými atomicky vrstvenými strukturami.
„Měli jsme samoopravitelné měkké materiály a polymerní kompozity a nyní pozoruhodně keramiku.“ říká Siddiq Qidwai, programový ředitel ředitelství pro inženýrství Národní vědecké nadace.
