这是一个可能挽救生命的发现:耐热陶瓷是热运行机器中的关键材料,它们还涂覆飞机发动机内的金属部件。但陶瓷也是一种危险的材料,因为它们会在没有警告的情况下粉碎。当陶瓷是唯一保持喷气发动机熔化的东西时,突然的破碎是个坏消息。在完全粉碎之前在压力下弯曲和揉搓的陶瓷材料应该能够存活更长时间,这显示出明显的迹象表明它会在实际粉碎之前很久就会破裂。
为了制造更灵活的陶瓷,来自普渡大学的研究人员对“烧结”工艺进行了讨论,这种方法是用极高的热量烧制陶瓷,以赋予其化学结构,形状和韧性。
柔性材料,如金属,在断裂前能够弯曲,因为它们具有有用的“缺陷”。这些是化学结构中的位置,其中分子未对准并且可以彼此滑动。陶瓷通常没有这些缺陷。
但是,通过快速烧结一种称为氧化钇稳定的氧化锆的耐热陶瓷,或者在施加电场的同时将其烧结,研究人员可以引入这些缺陷。当他们在压力下测试小柱的材料时,他们发现闪光烧结版比正常的氧化钇稳定的氧化锆慢了三到四倍(虽然它仍然只有一半像金属一样抗破碎)。
“过去,当我们在较低温度下施加高负荷时,大量陶瓷会在没有预警的情况下发生灾难性失败,”普渡大学材料工程教授,该研究的共同作者张兴航在一份声明中说道。。“现在,我们可以看到裂缝即将到来,但材料保持在一起;这是可预测的失败,对陶瓷的使用更加安全。”
这并不意味着研究人员已准备好将这些东西打到飞机发动机上,但这确实意味着材料科学家将急于进一步调查。