Toughening Ceramic-Based Composites by Homogenizing the Lattice Strain at Phase Boundaries

材料科学 复合材料 陶瓷 断裂韧性 相界 韧性 马氏体 复合数 相(物质) 微观结构 化学 有机化学
作者
Wentao Jiang,Hao Lü,Jinghong Chen,Lei Luo,Xuemei Liu,Haibin Wang,Xiaoyan Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (15): 19604-19615 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00251
摘要

Ceramic-based composites generally have low fracture toughness, and toughening these materials without sacrificing their hardness has been a big challenge. This study presents an approach for toughening ceramic-based composites by modulating the strain partition and stress distribution in phase-boundary regions. A new concept of homogenizing the lattice strain to achieve high fracture toughness in ceramic-based composites is proposed based on the collective lattice shear of martensitic phase transformation. The strategy was demonstrated by ZrO2-containing WC-Co ceramic-metal composites as a prototype. The crystal planes along the WC/ZrO2 martensitic transforming phase boundaries exhibited significantly larger and uniform lattice strains compared with conventional dislocation pile-up phase boundaries with highly localized lattice strains. The homogeneous strain and stress distributions across interfaces enabled the composite to have simultaneously high fracture toughness and hardness. The "homogenizing the lattice strain" strategy proposed in this work is applicable to a broad range of ceramic-based composites to achieve superior comprehensive mechanical properties.
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