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由于特性的独特组合,包括高硬度,低密度,化学和热稳定性,半导体和高中子吸收,硼碳化物(B 4 C)是涉及极端环境的各种应用的潜在候选者。但是,B 4 C的当前应用由于其低断裂韧性而受到限制。在这项研究中,通过同时利用包括裂纹偏转,桥梁和微裂缝韧性在内的多种韧性机制,使用了具有包括Tib 2晶粒和石墨血小板在内的特征的分层微观结构设计。使用现场辅助烧结技术(快速),制造了具有密度和分层微结构的B 4 C复合材料。以前,使用微缩进在微尺度上测量了制造的B 4 C复合材料的断裂韧性,以提高56%。在这项工作中,B 4 C复合材料的断裂韧性在宏观尺度上是使用四点弯曲方法来表征的,并将其与在微尺度上获得的先前结果进行了比较。还进行了B 4 C-TIB 2复合材料的断裂行为的微力学模型,以评估实验观察到的坚韧机制的贡献。在四点弯曲测试中,B 4 C复合材料与TIB 2粒(约15粒体积)和石墨血小板(〜8.7 vol%)增强的B 4 C复合材料均表现出最高的断裂韧性从2.38到3.65 MPA∙MPA∙MPA∙M1/2。测量值低于使用微缩号获得但保持一般趋势的值。压痕和四点弯曲测试结果之间的差异源自凹痕测试期间高接触载荷触发的复杂变形行为。通过微力学建模,由于B 4 C和TIB 2之间的热膨胀不匹配引起的热残留应力,并且B 4 C-TIB 2边界处的弱相互作用被确定为实验观察到的韧性增强的主要原因。这些结果证明了B 4 C韧性的层次微结构设计的有效性,并可以为B 4 C复合材料的未来设计提供具有优化的微结构的未来设计,以进一步增强断裂韧性。
GZ 因青少年免疫项目工作而获得赛诺菲巴斯德的咨询费,因 HPV 疫苗接种工作而获得默克公司的咨询费,因 SARS-CoV-2 疫苗接种工作而获得 Moderna 公司的咨询费(均不属于当前工作),并且通过印第安纳大学,还获得了默克公司与 HPV 疫苗接种相关的研究者发起的资助。RB 的部分资助来自 NCI 资助 1 R37 CA234119-01。其他作者声明没有利益冲突。
