Ферроэластичность

Ферроэластичность — это явление , при котором материал может проявлять спонтанную деформацию, и является механическим эквивалентом сегнетоэлектричества и ферромагнетизма в области ферроиков . Ферроэластичный кристалл имеет два или более устойчивых ориентационных состояния при отсутствии механического напряжения или электрического поля, т. е. остаточные состояния, и может воспроизводимо переключаться между состояниями путем приложения напряжения или электрического поля, превышающего некоторое критическое значение. Приложение противоположных полей приводит к гистерезису , поскольку система пересекает энергетический барьер вперед и назад. Этот переход рассеивает энергию, равную площади, заключенной в петле гистерезиса. ^[1]

Переход исходной структуры кристалла в одну из его стабильных ферроэластичных деформаций обычно сопровождается уменьшением симметрии кристалла. ^[2] Спонтанное изменение деформации и кристаллической структуры может быть связано со спонтанным изменением других наблюдаемых свойств, таких как двулучепреломление, оптическое поглощение и поляризуемость. ^[3]^[4] В совместимых материалах спектроскопия Рамана использовалась для непосредственного отображения ферроэластичного переключения в кристаллах. ^[5]

Теория Ландау использовалась для точного описания многих ферроэластичных фазовых переходов с использованием деформации в качестве параметра порядка , поскольку почти все ферроэластичные переходы являются переходами второго рода. Свободная энергия формулируется как разложение по четным степеням деформации.

Эффект памяти формы и сверхэластичность являются проявлениями ферроэластичности. Нитинол (никель-титан), распространенный ферроэластичный сплав, может проявлять как сверхэластичность, так и эффект памяти формы при комнатной температуре в зависимости от соотношения никеля и титана.

Роль в трансформации ужесточения

Ферроэластичные переходы могут быть использованы для упрочнения керамики, наиболее ярким примером чего является цирконий. Трещина, распространяющаяся через тетрагональный цирконий, открывает дополнительное пространство, что позволяет области вокруг трещины трансформироваться в моноклинную фазу, расширяясь на 3-4%. ^[6] Это расширение вызывает сжимающее напряжение перед вершиной трещины, требуя дополнительной работы для дальнейшего распространения трещины. ^[7]

Смотрите также

Дальнейшее чтение

Salje, EKH (2012). «Сегнетоэластичные материалы». Annual Review of Materials Research . 42 : 265–283 . Bibcode : 2012AnRMS..42..265S. doi : 10.1146/annurev-matsci-070511-155022.

Ссылки

^ Банерджи, Раджат; Манна, Индранил (2013). Керамические нанокомпозиты . Серия публикаций Woodhead по композитным наукам и технике. Оксфорд: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7.
^ Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). "Фазовые переходы сегнетоэластиков: структура и микроструктура". Acta Crystallographica Section A. 61 ( 1): 3– 18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.
^ Wood, IG (1984-07-30). "Спонтанное двупреломление ферроэластичных BiVO 4 и LaNBO 4 между 10K и T c". Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539 – L543 . doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.
^ Хилл, Кристина; Вебер, Мэдс К.; Леманн, Яннис; Лейнен, Тарик; Фибиг, Манфред; Крайзель, Йенс; Генну, Маэль (01 августа 2020 г.). «Роль сегнетоэластичной деформации в оптическом поглощении BiVO4». Материалы АПЛ . 8 (8). arXiv : 2004.10183 . дои : 10.1063/5.0011507. ISSN 2166-532X.
^ Шуберт, Аманда Б.; Уэллман, Ричард; Николлс, Джон; Джентльмен, Молли М. (март 2016 г.). «Прямые наблюдения эрозионно-индуцированной ферроэластичности в термобарьерных покрытиях EB-PVD». Журнал материаловедения . 51 (6): 3136– 3145. Bibcode : 2016JMatS..51.3136S. doi : 10.1007/s10853-015-9623-7. ISSN 0022-2461.
^ Жмак, Ирена; Чорич, Данко; Мандич, Вилко; Чуркович, Лидия (26 декабря 2019 г.). «Твердость и вязкость разрушения при вдавливании шликерно-литого глинозема и глиноземно-циркониевой керамики». Материалы . 13 (1): 122. Бибкод : 2019Mate...13..122Z. дои : 10.3390/ma13010122 . ISSN 1996-1944 гг. ПМК 6981786 . ПМИД 31888013.
^ Цзян, Вэньтао; Лу, Хао; Чэнь, Цзинхун; Лю, Сюэмэй; Лю, Чао; Сун, Сяоянь (2021-04-01). "Упрочнение твердых сплавов путем фазового превращения циркония". Материалы и дизайн . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.

[1] Банерджи, Раджат; Манна, Индранил (2013). Керамические нанокомпозиты . Серия публикаций Woodhead по композитным наукам и технике. Оксфорд: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7.

[2] Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). "Фазовые переходы сегнетоэластиков: структура и микроструктура". Acta Crystallographica Section A. 61 ( 1): 3– 18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.

[3] Wood, IG (1984-07-30). "Спонтанное двупреломление ферроэластичных BiVO 4 и LaNBO 4 между 10K и T c". Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539 – L543 . doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.

[4] Хилл, Кристина; Вебер, Мэдс К.; Леманн, Яннис; Лейнен, Тарик; Фибиг, Манфред; Крайзель, Йенс; Генну, Маэль (01 августа 2020 г.). «Роль сегнетоэластичной деформации в оптическом поглощении BiVO4». Материалы АПЛ . 8 (8). arXiv : 2004.10183 . дои : 10.1063/5.0011507. ISSN 2166-532X.

[5] Шуберт, Аманда Б.; Уэллман, Ричард; Николлс, Джон; Джентльмен, Молли М. (март 2016 г.). «Прямые наблюдения эрозионно-индуцированной ферроэластичности в термобарьерных покрытиях EB-PVD». Журнал материаловедения . 51 (6): 3136– 3145. Bibcode : 2016JMatS..51.3136S. doi : 10.1007/s10853-015-9623-7. ISSN 0022-2461.

[6] Жмак, Ирена; Чорич, Данко; Мандич, Вилко; Чуркович, Лидия (26 декабря 2019 г.). «Твердость и вязкость разрушения при вдавливании шликерно-литого глинозема и глиноземно-циркониевой керамики». Материалы . 13 (1): 122. Бибкод : 2019Mate...13..122Z. дои : 10.3390/ma13010122 . ISSN 1996-1944 гг. ПМК 6981786 . ПМИД 31888013.

[7] Цзян, Вэньтао; Лу, Хао; Чэнь, Цзинхун; Лю, Сюэмэй; Лю, Чао; Сун, Сяоянь (2021-04-01). "Упрочнение твердых сплавов путем фазового превращения циркония". Материалы и дизайн . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.