Effects of graphene pull‐out on the interfacial mechanical properties of alumina/graphene nanocomposite ceramic tool materials: Molecular dynamics analysis and material preparation

材料科学 石墨烯 纳米复合材料 复合材料 陶瓷 韧性 分子动力学 陶瓷基复合材料 断裂韧性 纳米技术 计算化学 化学
作者
Peishuai Lu,Hui Chen,Jingjie Zhang,Guangchun Xiao,Mingdong Yi,Zhaoqiang Chen,Chonghai Xu
出处
期刊:International Journal of Applied Ceramic Technology [Wiley]
卷期号:21 (1): 451-464 被引量:2
标识
DOI:10.1111/ijac.14525
摘要

Abstract The interfacial mechanical properties of the alumina/graphene (Al 2 O 3 /GR) nanocomposite ceramic tool materials were studied by molecular dynamic simulations. The effects of pull‐out velocity of graphene, system temperature, vacancy defect, and wrinkled graphene on the interfacial mechanical properties were investigated. Results show that a large interfacial shear stress (382 MPa) exists between the Al 2 O 3 /GR interface. The maximum pull‐out force and interfacial shear stress increase with increasing graphene pull‐out velocity. The increase of temperature reduces the maximum pull‐out force and interfacial shear stress. Moreover, the load transfer capacity is reduced and the creep of the matrix occurs. These factors reduce the fracture toughness of the Al 2 O 3 /GR nanocomposites. A moderate amount of vacancy defects in graphene increases the interfacial pull‐out force and shear stress of Al 2 O 3 /GR nanocomposite ceramic tool. Compared with Al 2 O 3 /GR nanocomposite ceramic tools, the interfacial interaction energy and shear stress of pleated graphene and Al 2 O 3 were increased by 13.87% and 41.08% respectively, with better toughening and reinforcement. The results are of significance in further understanding of the interfacial mechanical properties at the nanoscale and then beneficial to improve the mechanical properties and engineering performance of Al 2 O 3 /GR composite ceramic materials.
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