CAM NANO-SERAMİKLER

Işığın dalga boyuna göre kristalitlerin boyutuna bağlı olarak, cam-seramikler şeffaf (örneğin nano ölçekli kristalitlerle) veya opak (örneğin mikro ölçekli kristalitlerle) olacak şekilde tasarlanabilir. 

Herhangi bir malzeme sisteminin güçlendirilmesi söz konusu olduğunda, temel tasarım ipuçları için doğaya bakmak gerekir.

Doğa her zaman herhangi bir reaksiyonun ya da olayın gerçekleşmesi için gereken enerjiyi düşürmeye çalışır. Bunu akılda tutarak, belirli bir sürecin başlamasını ve yayılmasını zorlaştırmak için bu etki üzerinde oynamak mümkündür. Camda bu, çatlak oluşumu ve yayılması olacaktır. Bir malzemeye yük uygulandığında, malzemeye büyük miktarda enerji aktarır ve malzemenin artık bu enerjiye yanıt vermesi gereken bir durum yaratır. Elastik sınırın ötesinde, cam veya seramik gibi kırılgan bir malzeme normalde bu enerjiyi yeni yüzeylerin oluşumu yoluyla, örneğin çatlak oluşumu yoluyla dağıtır.

Cam-nanoseramikler, camın kırılma tokluğunu arttırmak için çok yönlü faydalı özellikler sunar. Ultra ince, iyi dağılmış nanokristalitlerin fiziksel varlığı, çatlak ilerlemesini engelleyici bir işlev görür.  Bunun nedeni, ilerleyen bir çatlak bir nanokristal arayüzle karşılaştığında, çatlağın ya nanokristalin etrafında hareket etmek için ilerleme yönünü değiştirmesi ya da kristalit fazın kendisinden yeni bir çatlak başlatması gerektiğidir.  

Bununla birlikte, nanokristal, kristal kafesi içinde bir tane sınırının oluşumunu bile sınırlayacak kadar küçük olduğunda, bir fay bölgesinin olasılığı daha da sınırlıdır. Doğal sürecin böylesine engellenmesi o kadar büyük bir enerji bariyeri yaratır ki, çatlak ilerlemesi için bir yol oluşması, enerjik olarak elverişsiz bir senaryoya yol açar ve kırılma sınırlanır veya tamamen yasaklanır. 

DÜŞÜK AĞIRLIKTA YÜKSEK MUKAVEMET

Bir çatlağın yayılmasının cam (cam-nanoseramik) içine aşılanmış bir nanoseramik kristal etrafında ve içinde önemli ölçüde sınırlandırılması için bu temeller gereklidir:

• Nano-seramik kristallerin cam matris içinde düzgün ve yoğun bir şekilde dağılması çok önemlidir

• Nano-seramik kristallerin kendi içinde tane sınırı oluşumunu en aza indirmek veya önlemek için boyutlarının 20 nm'nin çok altında olması gerekir

• Nano-seramik kristal bileşiminin cama kimyasal, optik, elektriksel özellikler gibi çok yönlü işlevsellik kazandırması ve böylece dayanıklılığı elde etmesine ve korumasına yardımcı olması gerekir

Cam-nanoseramik matris nanokompozitlerin hazırlanması sırasında karşılaşılan en büyük zorluk, nanokristallerin homojen bir şekilde dağılmasını sağlamaktır.  Ağır yüklerde kullanılan özellikle büyük nanoparçacıkların (genellikle > 30 nm boyutunda) mikrometre boyutunda kümelenmesi, camın termal ve mekanik özellikleri üzerinde olumsuz etkiler yaratma eğilimindedir, çünkü diğer alanlarda daha az sayıda takviye edici parçacık bulunur ve agregalar, cam kompozitin yapısal arızasına yol açan çatlak başlatıcılar olarak hareket edebilen kusur merkezleri olarak hareket edebilir.

NANO-SERAMİK PARÇACIK BOYUTU KONTROLÜ ÖNEMLİDİR

Nano-seramik parçacık boyutunu 20 nm'nin çok altına düşürerek, bir tane sınırında biriken dislokasyonların sayısını etkileyebilir ve bir nano-seramiğin akma dayanımını, yani nano-seramik kristalin deformasyon başlamadan önce tolere ettiği maksimum gerilimi artırabilir. 

Bunların önemli bir miktarı bir cam matris içinde dağıtıldığında, cam matris içinde yüksek yoğunlukta takviye bölgeleri elde edilir. Ultra ince nano-seramik parçacıklarda bu kolaydır çünkü parçacık boyutu küçüldükçe birim malzeme hacminde bulunan ortalama sayı katlanarak artar. örneğin 1 um boyutlu bir seramik parçacığın yerini yaklaşık bin adet 1 nm boyutlu nano-seramik parçacık alabilir. Bu, daha az hacim ve kütle ile, mikronize veya daha büyük (> 20 nm) partiküllerle elde edilenden önemli ölçüde daha düşük bir dozda, bir cam matris içinde daha yüksek yoğunlukta nano-seramik partikül dağılımı elde edilebileceği anlamına gelir.

KİMYASAL OLARAK NANO-TEMPERLİ CAM

Cam kırılmasının kökeni kaçınılmaz olarak nano ölçektedir (yani bağ kırılması). Kimyasal temperleme, camın yüzeylerine yüksek basınç gerilimi eklenmesi yoluyla mukavemeti arttırmak için çok etkili bir yöntemdir. Cam yüzeyine uygulanan enerjinin camın kendi içinde çatlak oluşumu yerine bir girinti etrafında lokalize yoğunlaşma yoluyla dağıtılmasını sağlamak için nano-seramik kristal boyut avantajlarıyla birlikte değişen bileşime sahip nano-seramik kristaller kullanılarak camın nano ölçek düzeyinde topolojik olarak optimize edilmiş bir tasarımı elde edilebilir.

NANOARC, 20 nm'nin altındaki boyutlarda nano-seramik kristallerin tasarımı ve üretimi konusundaki temel uzmanlığıyla, cam endüstrisinin kimyasal ve yapısal dayanıklılık açısından cam performansının sınırlarını zorlamasına yardımcı olmak için iyi bir konuma sahiptir. Nanomateryal tasarım sürecimizin bir parçası olarak nano-polimorfizm işinde olduğumuzdan, üreticilerin ürünlerimizi kimyasal uyumluluk endişesi olmadan sorunsuz bir şekilde benimsemelerini mümkün kılıyoruz.