Les céramiques en phase MAX peuvent auto-réparer les fissures même à température ambiante

Les céramiques en phase MAX peuvent auto-réparer les fissures même à température ambiante

Hemant Rathod observe un échantillon de carbure de chrome et d’aluminium avant de le charger dans le microscope électronique à balayage. Crédit : Dharmesh Patel/Texas A&M Engineering

Les céramiques sont résistantes à la chaleur et aux environnements extrêmes, mais elles sont fragiles et se fissurent facilement. Récemment, dans une étude publiée dans Avancées scientifiques, des chercheurs de la Texas A&M University ont découvert un mécanisme d’auto-guérison dans un type de céramique, appelé phases MAX.

Ils ont montré que ces céramiques techniques forment des défauts naturels ou des bandes de pliage pendant le chargement qui peuvent non seulement empêcher efficacement la croissance des fissures, mais peuvent également les fermer et les guérir, empêchant ainsi une défaillance catastrophique.

“Ce qui est vraiment excitant avec les phases MAX, c’est qu’elles forment facilement des bandes de pliage sous charge qui peuvent auto-réparer les fissures même à température ambiante, ce qui les rend adaptées à une variété d’applications structurelles avancées”, a déclaré Ankit Srivastava, professeur adjoint au département de Science et génie des matériaux, et un auteur correspondant de l’étude. “Jusqu’à présent, l’auto-guérison des fissures dans la céramique n’a été obtenue qu’à très haute température par oxydation et c’est pourquoi l’auto-guérison des fissures à température ambiante par formation de bandes pliantes est remarquable.”

Ce comportement remarquable des phases MAX peut être attribué à leurs structures en couches atomiques.

« Imaginez une miche de pain nature, elle est homogène, donc si je la tranche, chaque tranche aura la même apparence – une idée similaire à celle de la céramique conventionnelle », a déclaré Miladin Radovic, professeur au Département de science et génie des matériaux et également un auteur correspondant de l’étude. “Mais les phases MAX sont superposées comme un sandwich au beurre de cacahuète avec du beurre de cacahuète entre deux tranches de pain.”






Crédit : Fondation nationale des sciences

Les chercheurs ont ensuite cherché à savoir si cette structure en couches unique des phases MAX les rend différentes des céramiques conventionnelles. Pour leurs expériences, ils ont utilisé des échantillons monocristallins de phase MAX de carbure de chrome et d’aluminium synthétisés par Thierry Ouisse de l’Université Grenoble Alpes, France et un auteur principal de l’étude, et les ont chargés à l’intérieur d’un microscope électronique à l’aide d’un appareil de test conçu en interne.

Lorsque les chercheurs ont vu l’échantillon se déformer au microscope électronique tout en appliquant une charge, ils ont observé qu’il y avait des défauts ressemblant à des bandes pliées qui se formaient dans le matériau, ressemblant à ceux formés dans les roches naturelles. Plus intéressant encore, ils ont découvert que le matériau à l’intérieur des bandes pliées tourne pendant le chargement, ce qui non seulement forme une barrière contre la propagation des fissures, mais finit également par fermer et guérir les fissures. En conséquence, l’échantillon n’était plus vulnérable à une défaillance catastrophique.

“Ce qui est vraiment excitant, c’est que ce mécanisme de pliage ou d’auto-guérison peut se produire à plusieurs reprises en fermant les fissures nouvellement formées, retardant ainsi la défaillance du matériau”, a déclaré Hemant Rathod, doctorant au Département de science et ingénierie des matériaux et du auteur principal de l’étude.

La découverte actuelle que les matériaux résilients à la chaleur et aux environnements extrêmes tels que les phases MAX, ainsi que les fissures d’auto-guérison qui peuvent se former pendant le service peuvent faire progresser une multitude de technologies de nouvelle génération, par exemple, des moteurs à réaction efficaces, des vols hypersoniques et des réacteurs nucléaires plus sûrs. . Les chercheurs ont également noté dans la présente étude que l’auto-guérison des fissures induite par la bande pliée n’est probablement pas unique aux phases MAX et peut être étendue à d’autres matériaux avec des structures en couches atomiques similaires.

“Cette étude démontre la sérendipité du processus scientifique”, a déclaré Siddiq Qidwai, directeur de programme à la Direction de l’ingénierie de la National Science Foundation. “Nous avons eu des matériaux mous auto-cicatrisants et des composites polymères, et maintenant, remarquablement, des céramiques.”


Cicatrisation simple et économique des fissures des composites à base de céramique


Plus d’information:
Hemant J. Rathod et al, Cicatrisation à température ambiante dans un carbure ternaire à couches atomiques, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abg2549

Fourni par la National Science Foundation

Citation: Les céramiques en phase MAX peuvent auto-réparer les fissures même à température ambiante (2021, 10 septembre) récupéré le 10 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-max-phase-ceramics-self-heal-room -température.html

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