A simple approach to bulk bioinspired tough ceramics

作者
Hassan Saad,Kaoutar Radi,Thierry Douillard,David Jauffrès,Christophe Louis Martin,Sylvain Meille,Sylvain Deville
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:2
标识
DOI:10.48550/arxiv.2003.11898
摘要

The development of damage-resistant structural materials that can withstand harsh environments is a major issue in materials science and engineering. Bioinspired brick-and-mortar designs have recently demonstrated a range of interesting mechanical properties in proof-of-concept studies. However, reproducibility and scalability issues associated with the actual processing routes have impeded further developments and industrialization of such materials. Here we demonstrate a simple approach based on uniaxial pressing and field assisted sintering of commercially available raw materials to process bioinspired ceramic/ceramic composites of larger thickness than previous approaches, with a sample thickness up to 1 cm. The ceramic composite retains the strength typical of dense alumina ($430~\pm 30MPa$) while keeping the excellent damage resistance demonstrated previously at the millimeter scale with a crack initiation toughness of $6.6MPa.m^{1/2}$ and fracture toughness up to $17.6 MPa.m^{1/2}$. These results validate the potential of these all-ceramic composites, previously demonstrated at lab scale only, and could enable their optimization, scale-up, and industrialization.

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