电流作用下ZrB2晶粒的择优取向生长行为及其机理

批准号:
51662001
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
刘利盟
依托单位:
学科分类:
E0204.结构陶瓷
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈宇红、侯俊峰、吴建栋、王鸿业、潘文高、卫智毅、王康
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中文摘要
ZrB2晶胞具有共价键B层与金属键Zr层交替排列的层状结构,其物理化学性质具有很强的各向异性,是电的良导体。申请者在SPS烧结ZrB2陶瓷过程中发现电流具有诱导ZrB2晶粒择优取向的作用。本项目拟深入研究电流诱导ZrB2晶粒生长的影响规律,研究电流干扰下点缺陷的生成规律,研究电流与原子扩散的内在联系,进而揭示电流对ZrB2晶粒择优取向生长的影响机理。近几年来,电场/电流辅助烧结技术发展很快,是陶瓷研究领域的新热点,大量研究结果展示了电场对陶瓷烧结的显著影响,但其机理仍不清楚。本项目的顺利完成对电场辅助烧结理论发展及ZrB2陶瓷微结构控制有重要的指导意义。
英文摘要
ZrB2 cell is formed by alternatively stacking of covalent B layers and metallic Zr layers to give inisotropic electrical conductivity to the ZrB2 crystals. When ZrB2 ceramics were prepared by SPS, preferred orientation of the ZrB2 grains in the microstructure was observed by occasion. Therefore, relations between the ZrB2 grain growth behavior and electric current, temperature, chemical potential and diffusion is interesting and will be investigated in this program. Crystal default formation and diffusion under effect of the electric current will be addressed in order to understand the underlying mechanisms. On the other hand, spark plasma sintering (SPS) and the related FLASH sintering are two hot topics that are attracting intensive research interests due to obscure underlying mechanisms. The results may benefit both advancing the field-assisted sintering theory and tailoring of the ZrB2 ceramic microstructure.
在对比研究无压、热压、SPS法制备的ZrB2陶瓷XRD过程中发现SPS样品中ZrB2晶粒通常有明显的择优取向,无压或热压样品则没有这种现象,说明SPS电流有诱导ZrB2晶粒各向异性长大并生成择优织构作用。这种与电流有关独特现象非常重要(Adv Mater 2018, 1706369; MRS Bull. 2021 (46) 52)。本项目旨在阐述SPS电流诱导ZrB2晶粒择优取向生长规律及机理,随着研究逐步深入,最后锁定在界面结构对电流的响应上。具体结果如下: .(1)以市购ZrB2粉末为原料采用热压法制备ZrB2陶瓷材料,研究高温压缩变形对取向织构的影响,发现50MPa恒压作用下加热到2100°C过程中样品产生的变形可忽略不计,ZrB2晶粒随机取向不因为压缩变形而发生明显变化。 .(2)以市购ZrB2粉末为原料添加1-10mol%Si采用热压法制备ZrB2陶瓷,发现在5mol%Si成分样品中ZrB2晶粒呈片形(长径比1.7±1.0)但呈随机取向,不形成明显的取向织构。 .(3)使用ZrB中间体制备ZrB2陶瓷材料,开发一个新的ZrB2陶瓷反应烧结体系。ZrB在1250°C发生包析分解ZrB→ZrB2+Zr;1661°C发生共晶反应ZrB2+Zr→L,生成液相促进致密化;随后液相中的Zr成分又与添加的B反应生成ZrB2,最终获得致密细晶单相ZrB2陶瓷材料。探索了ZrB中间体的合成工艺方法。.(4)采用反应烧结法制备ZrB2陶瓷,展示SPS电流对ZrB2取向织构及ZrB2晶粒各向异性长大的特殊作用。通过ZrB2晶粒成核、ZrB2晶粒生长所处化学环境、界面结构深入研究,发现ZrB2晶核长大过程包括B原子扩散和Zr格子改变构型两个过程,需要同时协调与周围Zr母相的结构和成分差异。ZrB2晶核的(001)ZrB2底面外延生长有一薄层Zr(B,O)2,阻碍ZrB2晶粒沿垂直于(001)方向长大,从而引导大长径比片晶的生长。电流影响O空位的生成及扩散(Acta Mater. 2015 (95) 111),促进ZrB2取向织构的形成。 .(5)采用反应热压法制备MBx-MC陶瓷材料,研究界面化学、界面结构及其对材料力学行为的影响。发现B在晶界富聚增加界面结合强度,使MC陶瓷断裂方式由沿晶断为穿晶断裂,展示出界面对于陶瓷材料的重要性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Strengthened interfacial bonding and its effects on fracture mode of TaC ceramics with addition of B
B添加强化TaC陶瓷界面结合及其对断裂模式的影响
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2019.12.013
发表时间:2020-04
期刊:Journal of the European Ceramic Society
影响因子:5.7
作者:Limeng Liu;Jozef Vleugels;Shuigen Huang;Jie Wei;Yujin Wang
通讯作者:Yujin Wang
Effects of LaB6 content on microstructure and mechanical properties of TaC-LaB6 composites
LaB6含量对TaC-LaB6复合材料显微组织和力学性能的影响
DOI:10.1016/j.matchemphys.2018.04.060
发表时间:2018
期刊:Materials Chemistry and Physics
影响因子:4.6
作者:Lu Zhuang;Liu Limeng;Hou Zhaoping;Geng Guihong;Wang Yujing;Sun Wenzhou;Hai Wanxiu;Chen Yuhong
通讯作者:Chen Yuhong
Nano-(Ta, Zr)C Precipitates at Multigrain Conjunctions in TaC Ceramic with 10 mol% ZrC and 5 mol% Cu as Sintering Aid
纳米(Ta,%20Zr)C%20沉淀%20at%20多晶%20连接%20in%20TaC%20陶瓷%20与%2010%20mol%%20ZrC%20和%205%20mol%%20Cu%20as%20烧结%20Aid
DOI:10.1155/2018/1634814
发表时间:2018-01
期刊:Journal of Nanomaterials
影响因子:--
作者:Zhong Lianbing;Geng Guihong;Wang Yujin;Ye Feng;Liu Limeng
通讯作者:Liu Limeng
Effects of Al addition on densification, microstructure and mechanical properties of TaC-Al ceramics
Al添加对TaC-Al陶瓷致密化、显微组织和力学性能的影响
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.06.332
发表时间:2018-10
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Lianbing Zhong;Limeng Liu;Guihong Geng;Yujin Wang;Feng Ye
通讯作者:Feng Ye
Controlling xi-Ta4C3-x laminate growth in TaC0.6 ceramic by addition of Cu and its effect on mechanical properties
添加 Cu 控制 TaC0.6 陶瓷中 xi-Ta4C3-x 层状生长及其对机械性能的影响
DOI:10.1016/j.matchemphys.2018.12.093
发表时间:2019
期刊:Materials Chemistry and Physics
影响因子:4.6
作者:Shi Faqiang;Liu Limeng;Hou Zhaoping;Geng Guihong;Wang Yujin
通讯作者:Wang Yujin
ζ相碳化物多型体行为及其对Ta4C3-x-Cu/Ag复合材料微结构调控和力/热/电综合性能的影响
- 批准号:52062001
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:36万元
- 批准年份:2020
- 负责人:刘利盟
- 依托单位:
国内基金
海外基金
