Ceramika inżynierska na bazie tlenku cyrkonu ZrO2 wykazuje efekt pamięci kształtu i właściwości superelastyczne (inaczej nadsprężystość), uzyskiwane poprzez odwracalną transformację z fazy tetragonalnej do jednoskośnej, zachodzącą pod wpływem bodźców termicznych, mechanicznych lub elektromagnetycznych. Niestety, wspomniane efekty, choć uzyskiwane w warunkach laboratoryjnych, nie dają się łatwo zreplikować na szerszą skalę, ze względu na obecność dużych naprężeń i kruchość materiału. Przewiduje się jednak, że umieszczenie ceramicznych struktur z pamięcią kształtu w matrycy metalicznej pozwala uzyskać kompozyt, łączący w sobie funkcjonalność w zakresie odwracalnej transformacji fazowej z wytrzymałością strukturalną.
Otrzymywanie kompozytu o wspomnianych właściwościach napotyka na poważne trudności, związane z koniecznością jednoczesnego zagwarantowania jednorodnego rozprowadzenia fazy ceramicznej w materiale osnowy, silnych połączeń między cząstkami ceramiki a metalem, a także pełnej gęstości.
Prof. Hang Yu z Virginia Tech wraz ze swoim zespołem podjął się próby otrzymania takiego kompozytu przy użyciu wytwarzania przyrostowego w stanie stałym metodą AFSD (additive friction stir deposition), o którym pisaliśmy szerzej w artykule:
W ramach procesu AFSD surowiec nie osiąga temperatury topnienia, lecz ulega uplastycznieniu w wyniku odkształceń termomechanicznych. Przemieszanie uplastycznionego materiału pozwala uzyskać jednorodną i rozdrobnioną mikrostrukturę wyrobu, bez ryzyka wystąpienia porowatości czy naprężeń resztkowych. Zaproponowane podejście technologiczne zakłada przygotowanie surowca z cząstek ceramicznych wymieszanych z metalicznym proszkiem i zostało zbadane poprzez umieszczenie ZrO2 w matrycy miedzianej. Tak otrzymana próbka wykazała mechanizm odwracalnej transformacji martenzytycznej indukowanej naprężeniem.
Otrzymane rezultaty otwierają drogę ku skalowalnej produkcji wielofunkcyjnych kompozytów metalo-ceramicznych o kontrolowanej mikrostrukturze i sterowalnej reakcji odkształceniowej.
news.vt.edu
