von KeAi Communications Co.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IPCAS) haben Forscher der Technischen Universität Peking (BJUT) einen neuen Typ von planaren Defekten im Korninneren in einer Keramikphase in TiC-dotierten Wolframsinterkarbiden entdeckt.
Es wurde festgestellt, dass diese planaren Defekte auf die geordnete Verteilung von Heteroatomen auf bestimmten Kristallebenen von Wolfram (W) und Kohlenstoff (C) zurückzuführen sind. Wichtig ist, dass diese neu identifizierten Defekte deutliche Eigenschaften aufweisen, die sie von bekannten planaren Defekten wie Phasengrenzen, Korngrenzen, Zwillingsgrenzen, Stapelfehlern und Teints unterscheiden.
Die Arbeit ist veröffentlicht in Fortschrittliche Pulvermaterialien, und beinhaltete detaillierte Charakterisierungen auf atomarer Ebene für die Zusammensetzung, Struktur und Kristallographie des neuen Typs planarer Defekte. Darüber hinaus wurden umfassende Modellrechnungen durchgeführt, um den Energiezustand und die Stabilität der Defekte zu bewerten und weitere Einblicke in ihre Natur zu gewinnen.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Xiaoyan Song von BJUT fand heraus, dass das Auftreten von Titan (Ti)-Monoschichten auf den Basalebenen von WC durch die Destabilisierung von (W,Ti)Cx-Komplexen verursacht wurde, die sich an den WC/Co-Grenzflächen bildeten durch Lösungs-Fällungsprozesse beim Sintern der Pulvermischung. Die stabile Ti-Monoschicht kann Keimbildungsstellen für das Wachstum von WC-Kristallen entlang der Schicht bereitstellen [0001]WC-Richtung. Diese Möglichkeit wurde durch Modellrechnungen bestätigt.
„Wir haben die Möglichkeit der Bildung solcher planarer Defekte in WC-Körnern durch Dotierung mit V, Zr, Nb, Mo und Hf durch Modellierung weiter untersucht“, erklärte Song. „Wir fanden heraus, dass die durch die Ti-Monoschicht induzierten planaren Defekte die höchste Stabilität im WC-Korninneren aufwiesen und sich auch viel leichter in den Hartmetallen bildeten.“
Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung planarer Defekte mit hoher Stabilität, die die Langstreckenbewegung von Stapelfehlern und Versetzungen innerhalb von Körnern behindern und als Hindernisse für die Ausbreitung transgranularer Risse wirken. Dadurch kann das Risiko eines transgranularen Bruchs, der die vorherrschende Versagensart der kovalenten Kristalle in Keramik und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen darstellt, deutlich reduziert werden.
„Wir haben schlüssig gezeigt, dass die Anpassung der Dichte planarer Defekte eine optimale mechanische Leistung ermöglicht und ein außergewöhnliches Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Bruchzähigkeit in den Materialien erreicht“, fügte Song hinzu. „Unsere Studie ebnet den Weg für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Materialien durch die gezielte Einführung und Anpassung von durch heteroatomare Monoschichten verursachten planaren Defekten im Korninneren.“
Darüber hinaus kann die in diesem Artikel beschriebene Methodik, die Hartmetallkarbide als repräsentativen Fall verwendet, auf andere Materialien ausgeweitet werden. Durch die sorgfältige Auswahl von Dotierstoffen und die Steuerung der Sinterparameter wird es möglich, die Dichte planarer Defekte genau abzustimmen, um die gewünschten Eigenschaften in verschiedenen Keramiksystemen zu erreichen.
Mehr Informationen:
Xingwei Liu et al., Korninnere planare Defekte, hervorgerufen durch Heteroatom-Monoschicht, Fortschrittliche Pulvermaterialien (2023). DOI: 10.1016/j.apmate.2023.100130
Bereitgestellt von KeAi Communications Co.