动态压力闪烧制备Al2O3w/ZrO2复合材料的低温快速致密化机理研究
批准号:
52072344
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邵刚
依托单位:
学科分类:
结构陶瓷
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邵刚
中文摘要
本项目针对晶须增韧陶瓷基复合材料难烧结的问题,发展全新的动态压力闪烧方法,实现了Al2O3w/ZrO2复合材料的低温快速致密化。动态压力闪烧方法是在传统闪烧的过程中施加一个振幅和频率可控的动态压力,它充分结合了闪烧的低温快速传质、低温塑性变形能力以及动态压力促进致密化、改善显微结构等优点,克服了传统闪烧方法致密度低,传统动态压力烧结方法温度高、时间长等问题,对解决陶瓷难烧结的共性问题具有重要意义。本项目将系统研究Al2O3w/ZrO2复合材料的动态压力闪烧致密化行为、优化工艺参数;探索力电热耦合场对Al2O3w/ZrO2复合材料显微结构和力学性能的影响,建立工艺-结构-性能关系,阐明动态压力闪烧的低温快速致密化机理。动态压力闪烧技术,从根本上突破了陶瓷材料传统烧结方法扩散速度慢、烧结温度高等技术瓶颈,在陶瓷制备工艺和陶瓷烧结机理方面有创新。本项目的实施将为高性能陶瓷及其复合材料的制备提供全新的思路和方法。
英文摘要
“Difficult to be densified” is a crucial issue for whisker toughed ceramic matrix composites. Currently, a novel dynamic pressure-assisted flash sintering (DPFS) method is proposed to overcome this issue. It’s found that Al2O3w/ZrO2 composites could be densified at low temperature and very short time. DPFS is achieved by applying a dynamic pressure during conventional flash sintering (FS), which possesses the advantages of fast matter migration and superplasticity of FS at low temperatures, as well as the enhanced densification ability of dynamic pressure sintering (DPS). Meanwhile, DPFS overcomes the disadvantages of low density of flash sintered materials and high sintering temperature & long dwell time of DPS. DPFS provides a treasurable opportunity to deal with the common issue of “difficult to be densified” of ceramics. In this project, the densification behavior of Al2O3w/ZrO2 composites by DPFS will discussed and the DPFS parameters for densification of Al2O3w/ZrO2 will be optimized too. The influence of DPFS parameters on the microstructures and mechanical properties of Al2O3w/ZrO2 composites will be addressed and the processing-structure-property relationship will be established. The low temperature and fast densification mechanisms of DPFS will be proposed too. It’s worth to note that DPFS overcomes the bottleneck issues of high temperature and slow diffusion rate of conventional sintering methods, which is with significant novelty at both ceramic processing and sintering mechanism development. If indeed DPFS is investigated, it will be benefit a lot for fabricating advanced ceramics and/or ceramic matrix composites at low temperature and fast speed.
晶须增韧陶瓷基复合材料一直是国内外高性能结构陶瓷研究的热点,而且氧化铝晶须/氧化锆(Al2O3w/ZrO2)复合材料具有天然的抗氧化性(无需额外设计保护层)、化学惰性以及良好的力学性能,在精密加工、高速切削刀具、耐磨等领域具有重要应用,备受关注。本项目针对传统烧结技术制备晶须增韧陶瓷温度高,时间长以及致密化困难等问题,发展了动态压力闪烧新技术,在相对较低的温度和时间下制备出了高密度和高性能的Al2O3w/ZrO2复合材料,并研究了其相关机理。主要结论如下:(1)闪烧技术可以在较低的温度下激发氧化锆基体中产生较多的空位和位错等缺陷,加快复合材料的物质传输和塑性变形能力,克服晶须在烧结过程中产生的约束烧结,加快致密化;(2)动态压力场在材料具有变形能力的情况下,可以进一步加快晶界滑移或者塑性变形,促进物质传输和更多有益缺陷的产生,并且其往复滑动的压力可以有效促进颗粒重排,打破位错的缠结和堆积,协调复合陶瓷内应力的大小,因此,可以进一步提高Al2O3w/ZrO2复合材料的致密度和力学性能;(3)耦合场多参数的合理调控可以有效控制Al2O3w/ZrO2复合材料的微观结构和内应力,从而影响复合材料最后的密度和性能,两种场技术的有效结合可以实现Al2O3w/ZrO2复合材料的低温快速致密化,解决传统烧结技术制备晶须增韧复合陶瓷温度高、时间长,以及最后样品性能低的问题。该技术它充分结合了闪烧的低温快速传质、低温塑性变形能力以及动态压力促进致密化、改善显微结构等优点,克服了传统闪烧方法致密度低,传统动态压力烧结方法温度高、时间长等问题,对解决陶瓷难烧结的共性问题具有重要意义,提供了一种全新的陶瓷复合材料制备技术,在陶瓷制备工艺和陶瓷烧结机理方面有创新。
兼具隔热、吸波特性的SiCN聚合物先驱体陶瓷复合气凝胶的研究
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批准号:U1904180
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:48万元
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批准年份:2019
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负责人:邵刚
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依托单位:
微波辅助聚合物先驱体陶瓷结构、性能调控机理
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批准号:51402264
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:邵刚
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依托单位:
国内基金
海外基金