Acta Materialia：直接审核晶粒尺寸对于纳米陶瓷力学功能的影响

一、直接【导读】

纳米陶瓷由于其优异的审核机械功能、耐高以及善优异的晶粒光学透明度，在妄想运用中具备突出的尺寸运用后劲。当初，对于的影减小晶粒尺寸被以为是纳米后退多晶陶瓷力学功能的最实用措施。在MgAl₂O₄纳米晶的陶瓷硬度数据中审核到的Hall-Petch以及反Hall-Petch关连表明，纳米压痕的力学料牛限度以及缩短变形不光可能实现位错塑性，而且可能实现晶界辅助机制。响质现已经开拓多种丈量MgAl₂O₄纳米晶的直接力学功能的措施，这些钻研能从根基上清晰MgAl₂O₄纳米晶的审核力学行动及其在差距加载条件下与晶粒尺寸的关连。此外，晶粒对于宏不雅妄想特色（如晶粒尺寸、尺寸晶界妄想以及孔隙率）的对于的影严厉表征对于更好地清晰机械功能很紧张。因此，纳米开拓一种坚贞的纳米级宏不雅妄想TEM成像妄想是很紧张的。

二、【下场掠影】

基于此，美国康涅狄格大学Seok-Woo Lee教授团队运用TEM成像技术、纳米压痕、单轴微柱缩短以及微悬臂梁笔直来钻研经由情景操作的压力辅助烧结分解的MgAl₂O₄纳米晶（晶粒尺寸为3.7-80 nm）的宏不雅妄想以及力学功能。钻研职员运用聚焦离子束铣削来发生厚度梯度TEM剥离样品，该样品搜罗约莫单个晶粒厚度的地域，并运用HAADF图像来可视化纳米级孔隙，妄想表明情景操作的压力辅助烧结技术在较大晶粒尺寸的陶瓷中发生了孔隙率小于1%的简直残缺致密的晶粒妄想，在较小晶粒尺寸的瓷中发生了清晰的无孔晶粒妄想。纳米压痕以及微柱缩短表明，在相似的临界晶粒尺寸下，硬度以及缩短断裂强度都市爆发转变。试验服从以及数值合成为清晰晶粒尺寸对于MgAl₂O₄纳米晶力学功能的影响提供了紧张的见识。相关钻研下场以“Grain size effect on the mechanical properties of nanocrystalline magnesium aluminate spinel”为题宣告在国内驰名期刊Acta Materialia上。

三、【中间立异点】

运用TEM成像技术、纳米压痕、单轴微柱缩短以及微悬臂梁笔直来差距晶粒尺寸的MgAl₂O₄纳米晶的宏不雅妄想以及力学功能，试验服从以及数值合成表明，随着晶粒尺寸的减小，主要的应变调节机制爆发了变更，从基于位错的塑性转变为剪切带。

四、【数据概览】

（a）制备的平均晶粒尺寸为80 nm的TEM剥离样品的TEM图像。

（b-c）MgAl₂O₄纳米晶的明场图像以及HAADF图像。

（a）80以及37 nm的MgAl₂O₄纳米晶的晶粒尺寸样品的工程应变-应力曲线。

（b）10.5以及3.7 nm的MgAl₂O₄纳米晶的晶粒尺寸样品的工程应力-应变曲线。

（c）断裂强度作为晶粒尺寸依赖性的函数，在10.5 nm的临界晶粒尺寸下展现的两个地域。

（a-b）测试先后平均晶粒度为80 nm的微悬臂的SEM图像。

（c）80、10.5以及3.7 nm的MgAl₂O₄纳米晶的微悬臂梁样品的试验载荷位移数据。

（a）压痕尺寸效应的有限最弱环模子展现图。

（b-c）3.7以及10.5 nm的MgAl₂O₄纳米晶中的H²与1/h间的关连。

（a）最弱关键模子表明硬度在较大的压痕深度时着落患上更快。

（b）文献中凭证Nix-Gao模子，随着压头角度的削减，H²与1/h的关连。

（a-b）沿优选滑移面临80以及3.7 nm样品的快捷傅立叶逆变更。

（c）剪切应力的晶粒度依赖性。

五、【下场开辟】

综上，本文对于经由情景操作的压力辅助烧结分解的压痕尺寸效应妨碍了TEM成像、纳米压痕、单轴原位微柱缩短以及微悬臂笔直测试，以判断晶粒尺寸对于硬度、缩短断裂强度以及断裂韧性的影响。服从表明，需要从塑性机制、压痕深度以及加载方式等方面子细机解MgAl₂O₄纳米晶力学功能的晶粒尺寸依赖性。本钻研对于种种情景的详细合成可能运用于其余纳米晶体陶瓷，由于它们的机械功能个别由相似的变形以及断裂历程操作。因此，本使命为清晰纳米晶体陶瓷力学功能的晶粒尺寸依赖性提供了紧张的见识。

原文概况：Grain size effect on the mechanical properties of nanocrystalline magnesium aluminate spinel (Acta Materialia, 2023, 251, 118881)

本文由大兵哥供稿。

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