WEST LAFAYETTE, Ind., EUA: Enquanto inerentemente forte, a maioria das cerâmicas tendem a fraturar de repente quando um pouco tensionadas sob uma carga, a menos que isso seja feito sob temperaturasaltas.Componentes cerâmicos estruturais também requerem altas temperaturas para formar através de um longo processo chamado sinterização, em que um material em pó se transforma em uma massa sólida.Pesquisadores da PurdueUniversity, em West Lafayette descobriram que a natureza frágil das cerâmicas como elas sustentam cargas pesadas podem ser superadas, resultando em estruturas mais resistentes que poderiam ser usadas para muitas aplicações, incluindo implantes dentários.
O estudo demonstrou que aplicando um campo elétrico durante a formação da zircônia estabilizada ítria (YSZ) — uma cerâmica típica de barreira térmica — faz com que o material seja moldável à temperatura ambiente, quase como o metal. Em seus experimentos, os pesquisadores da SchollofMaterialsEngineering da universidade também puderam ver rachaduras mais cedo, desde que elas começaram a se formar lentamente a uma temperatura moderada em oposição a temperaturas mais altas, dando-lhes tempo para resgatar uma estrutura.
Estudos prévios mostraram que aplicando um campo elétrico, ou flash, acelera significativamente o processo de sinterização que forma YSZ e outras cerâmicas, e atemperaturas muito mais baixas de forno do que a sinterização convencional.Cerâmicas flashsinterizadas também têm muito pouca porosidade, o que as torna mais densas e, portanto, mais fáceis de deformar.A capacidade da cerâmica flashsinterizada de alterar a forma em temperatura ambiente ou de temperaturas cada vez maiores, não tinha sido testada anteriormente.
O que permite que os metais sejam resistentes a fratura e moldáveis, é a presença de defeitos, ou localização — posições extras de átomos que se misturam durante a deformação para fazer um material simplesmente se deformar ao invés de quebra sob carga. “Estes deslocamentos se moverão sob compressão ou tensão, tal que o material não falhe",disse o autor principal Jaehun Cho, um estudante de graduação na universidade.
Cerâmicas normalmente não formam deslocações a menos que deformada em temperaturas muito elevadas. A flash sinterização, no entanto, introduz essas deslocações e criam um menor tamanho de grão no material resultante. “Grãos menores, tais como grãos de nanocristalina, podem deslizar à medida queo material cerâmico deforma, ajudando a deformar melhor,disse Dr. Haiyan Wang, Basil S. Turner Professor de engenharia na Scholl of Materials Engineering da universidade.
Plasticidade melhorada resulta em maior estabilidade durante a operação em temperaturas relativamente baixas. Os próximos passos seriam estaria usando estes princípios para projetar ainda mais resistentes materiais cerâmicos.
O estudo, intitulado "Deformabilidade de alta temperatura de cerâmica dúctil flash sinterizada através de compressão in situ", foi publicado on-line em Nature Communications em 25 de maio de 2018. A pesquisa foi conduzida em colaboração com o OakRidgeNationalLaboratoryemOakRidge, a UniversityofCalifornia, Davis e a Colorado StateUniversity, em Fort Collins.
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