Comprehensive study on the mechanical properties of Ti-doped Si3N4 ceramics: Experimental analysis, DFT calculations, and machine learning

材料科学 断裂韧性 兴奋剂 陶瓷 烧结 抗弯强度 微观结构 韧性 Atom(片上系统) 密度泛函理论 复合材料 冶金 光电子学 计算化学 计算机科学 化学 嵌入式系统
作者
Jing Wu,Zhenru Xu,Xunyong Liu,Huaguo Tang,Tongyang Li,Zhuhui Qiao
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (9): 16352-16360 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.02.119
摘要

This study involved the synthesis of Si3N4 ceramics, focusing on adjusting TiN content and sintering temperatures to enhance mechanical properties. Utilizing Density Functional Theory (DFT), we examined the microstructure and elastic properties of Ti-doped β-Si3N4, providing insights into how the Ti atom influences mechanical behavior. Additionally, a machine learning approach was applied to establish a predictive model for Si3N4 fracture toughness, factoring in material composition and the sintering process. Remarkably, TiN incorporation led to a substantial increase in hardness, reaching 16.63 GPa. At 1800 °C, the resulting material at 10 wt% and 5 wt% TiN content exhibited impressive flexural strength (924 MPa) and fracture toughness (8.48 MPa m1/2). The theoretically calculated elastic properties confirmed the benefits of Ti atom doping in enhancing Si3N4 ceramics. By employing the relu activation function in combination with the rmsprop optimizer, we achieved a coefficient of determination (R2) for the test set no less than 0.824, ensuring reliable predictions for TiN–Si3N4 fracture toughness. This study provides valuable guidance for swiftly predicting high-performance Si3N4 ceramics and introduces a novel research avenue for the development of advanced materials.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
刚刚
丘比特应助明理的化蛹采纳,获得10
1秒前
1秒前
2秒前
笑点低书白完成签到,获得积分10
2秒前
smoke完成签到,获得积分10
3秒前
缥缈烙发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
西瓜妹完成签到 ,获得积分10
4秒前
搜集达人应助ymmmaomao23采纳,获得10
4秒前
4秒前
小黑驴完成签到 ,获得积分10
4秒前
汉堡包应助Nikona采纳,获得10
4秒前
yu应助碧蓝飞雪采纳,获得30
4秒前
4秒前
钱多多发布了新的文献求助10
4秒前
科研狗应助luo采纳,获得50
5秒前
5秒前
TJY发布了新的文献求助10
5秒前
迟迟完成签到,获得积分10
6秒前
爱听歌的道之关注了科研通微信公众号
6秒前
小羊应助damonvincent采纳,获得10
7秒前
7秒前
酷波er应助damonvincent采纳,获得10
7秒前
顺心的尔白完成签到,获得积分10
7秒前
JamesPei应助damonvincent采纳,获得10
7秒前
Owen应助damonvincent采纳,获得10
7秒前
英俊的铭应助damonvincent采纳,获得10
7秒前
祖安诳人完成签到,获得积分10
7秒前
葉12138完成签到 ,获得积分10
7秒前
打打应助西北望采纳,获得10
8秒前
niu发布了新的文献求助10
8秒前
Gyy发布了新的文献求助10
8秒前
落后世界发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
耿教授完成签到,获得积分10
9秒前
852应助地球采纳,获得10
9秒前
9秒前
神勇大壮哥完成签到,获得积分10
9秒前
高分求助中
Adhesion Science: Principles & Practice 1234
Cold War Transcended: Australia's China Policy, 1949-1990 998
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
Testimonial Injustice and Trust 510
Burger's Medicinal Chemistry and Drug Discovery 400
Fundamentals of Body MRI 3rd Edition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6641916
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8398864
关于积分的说明 17959940
捐赠科研通 5830570
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2968369
邀请新用户注册赠送积分活动 1943337
关于科研通互助平台的介绍 1859916