Mxene-toughened Al2O3 ceramic at high temperature

材料科学 脆性 增韧 陶瓷 复合材料 韧性 断裂韧性 纳米复合材料 桥接(联网) 热稳定性 化学工程 计算机网络 计算机科学 工程类
作者
Liang Lei,Xianxian Sun,Yuanhao Ning,Shasha Wang,Weilong Yin,Yibin Li
出处
期刊:Composites Part A-applied Science and Manufacturing [Elsevier BV]
卷期号:174: 107714-107714 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.compositesa.2023.107714
摘要

The process of toughening brittle ceramics is challenging but important for broadening their range of applications. Extensive studies on toughening brittle alumina (Al2O3) ceramics at room temperature have been conducted; however, significantly increasing their toughness at high temperatures remains a challenge. Here, we propose the use of two-dimensional Ti3C2Tx MXene ceramics with high thermal stability to effectively toughen Al2O3 ceramics at high temperatures via a nacre-like structure strategy. The fracture toughness (KJc) of the as-prepared MXene/Al2O3 nanocomposite at 1000 °C is 6.02 MPa m1/2, 2.4 times that of pure Al2O3 (2.51 MPa m1/2). Moreover, it maintains relatively high strength at 1000 °C (∼193 MPa). The toughening mechanisms - crack deflection, bifurcation and bridging effects - are obtained via in situ observation of crack propagation and finite element simulation. Our novel strategy provides a universal solution to improve the toughness of brittle ceramics at high temperatures and in some special environments.
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