Cu/Co掺杂ZnO、TiO2和SnO2材料中的内在硬度演变及压痕尺寸效应建模

《Journal of the American Ceramic Society》：Intrinsic Hardness Evolution and Indentation Size Effect Modeling in Cu/Co Doped ZnO, TiO2, and SnO2

　　

摘要

金属氧化物如ZnO、TiO₂和SnO₂在结构和应用领域中被广泛使用；然而，它们的微观力学性能往往受到明显的压痕尺寸效应和表面相关变形行为的限制。在本研究中，系统地探讨了单掺Cu和Co以及Cu/Co共掺对这些金属氧化物本身硬度和压痕尺寸效应的影响。掺杂显著提高了ZnO和TiO₂的硬度，而SnO₂表现出最稳定的机械性能，并且压痕尺寸效应被大大减弱。观察到的机械行为与掺杂引起的微观结构变化相关，包括晶粒尺寸的变化、晶格畸变以及晶界连接性的增强。利用Hays–Kendall方法、弹塑性变形模型和修正的比例试样电阻模型进行的压痕分析表明，硬度模型的可靠性依赖于材料本身，其中SnO₂几乎表现出理想的状态，即载荷无关的行为。总体而言，这些发现使得能够对ZnO、TiO₂和SnO₂在微观结构变化、硬度提升和压痕尺寸效应方面进行现实的比较，从而更深入地了解了控制金属氧化物陶瓷真实内在硬度的因素。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可应合理要求向作者索取。