Description du projet
Rendre les composants céramiques tolérants aux dommages
Des bio-implants pour l’arthroplastie de la hanche aux actionneurs des dispositifs d’injection automobile, les céramiques avancées peuvent être combinées avec des métaux, des polymères ou d’autres céramiques pour développer des systèmes structurels et fonctionnels dotés d’excellentes propriétés. Le projet CeraText, financé par l’UE, améliorera la fonctionnalité de ce système en empêchant la formation de fissures dans les pièces céramiques cassantes. Il développera des «conceptions multicouches», combinant microstructure et architecture afin d’atteindre le niveau de tolérance aux dommages que l’on retrouve dans les matériaux naturels comme le bois, les os ou les mollusques. Pour cette tâche, le projet adoptera une approche biomimétique, en imitant la structure hiérarchique des coquillages. Le résultat attendu de CeraText est l’élaboration de directives de conception qui permettent la production de futurs composants céramiques en 3D, fabriqués à l’aide de processus comme la fabrication additive.
Objectif
Advanced ceramics are often combined with metals, polymers or other ceramics to produce structural and functional systems with exceptional properties. Examples are resistors and capacitors in microelectronics, piezo-ceramic actuators in car injection devices, and bio-implants for hip joint replacements. However, a critical issue affecting the functionality, lifetime and reliability of such systems is the initiation and uncontrolled propagation of cracks in the brittle ceramic parts, yielding in some cases rejection rates up to 70% of components production.
The remarkable “damage tolerance” found in natural materials such as wood, bone or mollusc, has yet to be achieved in technical ceramics, where incipient damage is synonymous with catastrophic failure. Novel “multilayer designs” combining microstructure and architecture could change this situation. Recent work of the PI has shown that tuning the location of “protective” layers within a 3D multilayer ceramic can increase its fracture resistance by five times (from ~3.5 to ~17 MPa∙m1/2) relative to constituent bulk ceramic layers, while retaining high strength (~500 MPa). By orienting the grain structure, similar to the textured and organized microstructure found in natural systems such as nacre, the PI has shown that crack propagation can be controlled within the textured ceramic layer. Thus, I believe tailored microstructures with controlled grain boundaries engineered in a layer-by-layer 3D architectural design hold the key to a new generation of “damage tolerant” ceramics.
This proposal outlines a research program to establish new scientific principles for the fabrication of innovative ceramic components that exhibit unprecedented damage tolerance. The successful implementation of microstructural features (e.g. texture degree, tailored internal stresses, second phases, interfaces) in a layer-by-layer architecture will provide outstanding lifetime and reliability in both structural and functional ceramic devices.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- sciences naturellessciences chimiquesscience des polymères
- sciences agricolesagriculture, sylviculture et pêchesylviculture
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Mots‑clés
Programme(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2018-COG
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ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
8700 Leoben
Autriche