Metaalkernkeramische

Metaalkernkeramische materialen zijn een klasse kern-omschil (core-shell) materialen waarin een metalen kern volledig of grotendeels wordt omgeven door een keramische buitenlaag. Het doel is het combineren van de gunstige eigenschappen van beide fases: de taaiheid, ductiliteit en geleidbaarheid van metaal met de hoge hardheid, slijtvastheid en chemische stabiliteit van keramiek. Doorgaans worden metalen zoals ijzer-, nikkel- of koperlegeringen als kern gebruikt, terwijl keramische shells bestaan uit materialen zoals alumina (Al2O3), silica (SiO2), zirconia (ZrO2), ceria (CeO2) of koolstof- of nitride-/carbide-keramieken.

Structuur en eigenschappen: metaalkernkeramische systemen bestaan meestal uit nano- tot micron schaaldeeltjes of bulkvormen waarin de kern en shell strak gekoppeld zijn. Deze combinatie kan leiden tot verbeterde slijtvastheid, corrosieweerstand en thermische stabiliteit, terwijl de metalen kernmechanische taaiheid en geleidbaarheid biedt. De eigenschappen zijn sterk afhankelijk van shell-dikte, interfaciale hechting en de thermische expansie-mismatch tussen kern en shell.

Productie en verwijdering: fabricage omvat methoden zoals galvanische depositie, electroless deposition, atoomlaagdepositie (ALD), sol-gel coating, chemische dampdepositie en templating. Selectieve procescondities bepalen de uniformiteit en hechting van de keramische coating.

Toepassingen: toepassingen variëren van beschermende coatings voor snijgereedschap en turbineonderdelen tot katalytische nanomaterialen en medische implantaten. In katalyse kunnen core-shell ontwerpen de activiteit, selectiviteit en stabiliteit verhogen door bescherming van het actieve metalen kern.

Uitdagingen: kosten, schaalbaarheid, controle over shell-dikte en interfaciale eigenschappen, en diffuse interdiffusie bij hoge temperaturen. Research blijft gericht op betere synthese, betrouwbaarheid en nieuwe materiaalcombinaties.