放电等离子烧结过程中的晶粒细化研究

批准号:
51402237
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘金铃
依托单位:
学科分类:
E0204.结构陶瓷
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘佃光、赵科、李开元、刘方舟
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中文摘要
纳米结构陶瓷具有优异的性能,在诸多领域有潜在的应用价值。传统工艺以纳米粉体为原料,不仅价格昂贵、易受污染,而且难以抑制晶粒在烧结过程中的快速生长。因此,本项目提出以微米粉体为原料,利用放电等离子烧结初期产生的晶粒细化效应制备纳米结构陶瓷来解决这一难题。在深入研究氧化铝原料晶粒尺寸和烧结条件等对晶粒细化影响的基础之上,分析放电等离子烧结过程中产生晶粒细化的决定性因素,解决放电等离子烧结过程中的晶粒细化机理和晶粒尺寸控制技术等关键科学问题,进一步揭示放电等离子烧结氧化铝的原理,为工艺优化和材料设计提供指导。本项目在发展以微米氧化铝粉体为原料制备纳米结构陶瓷的新工艺,以及研究放电等离子烧结中的晶粒细化机理方面具有创新性。本项目的研究成果将对放电等离子烧结工艺的认识产生突破,对材料制备技术的进步具有重大意义。
英文摘要
Synthesis of nanostructured ceramics (grain size < 100 nm) has attracted extensive attentions due to their unique and superior properties, as well as their potential applications in many fields. The traditional methods have a common drawback that is the requirement of starting from nano-sized powders, which are hard to process and contain unwanted contaminations due to high surface-to-volume ratio. In addition, completely suppressing the grain growth during sintering is impossible.The research objective of this project is to develop a field-activated processing technology for synthesizing bulk nanostructured ceramics from micrometer-sized starting powders, via a so-called grain refining effect. We study on the effect of starting particle size and sintering parameters on the grain refining of SPS sintered alumina. Based on these studies, the relationships between the processing and structures during grain refining will be built, which will be served as a scientific guideline for further design and applications of the materials. It is anticipated that the proposed research will develop a new route for making nanostructured ceramics from micrometer-sized powders, and uncover the mechanisms associated with the grain refining during SPS. Therefore, the successful delivery of the proposed research will significantly advance the fundamental understanding of SPS, as well as enhance the processing technology of materials.
纳米结构陶瓷具有优异的性能,在国防和民用等诸多领域有潜在的应用价值。传统工艺以纳米粉体为原料,不仅价格昂贵、易受污染,而且难以抑制晶粒在烧结过程中的快速生长。如果能将粗晶的粉体细化成纳米晶粒,从而获得性能优异的纳米结构陶瓷,无疑会产生巨大的经济和社会效益。本项目针对放电等离子烧结过程中产生的晶粒细化现象,研究不同粉体晶粒尺寸,烧结温度,压力,保温时间,升温速率和脉冲电流等对晶粒细化的影响,优化设计获得纳米氧化铝陶瓷的烧结工艺,并初步分析了产生晶粒细化的原因。主要成果如下:(1)初始晶粒尺寸对晶粒细化有显著影响。只有在微米粉体中才能发现明显的晶粒细化现象,而亚微米粉体由于晶粒生长远大于晶粒细化的影响,整体表现出晶粒粗化。(2)低温预烧可以放大晶粒细化效应。由于烧结过程中存在晶粒生长和晶粒细化的竞争关系,通过控制烧结温度,抑制晶粒生长,可以放大晶粒细化效应。(3)晶粒细化效应是由热-电耦合作用产生的热-机械疲劳过程引发。在放电等离子烧结过程中,有持续作用的温度场和电场,氧化铝陶瓷颗粒在多场耦合作用下发生晶粒破碎,而且热-电耦合还能在氧化铝陶瓷晶粒内部激活缺陷,缺陷的运动和聚集也加速了晶粒细化过程。(4)热-电耦合作用对陶瓷微观结构影响巨大。电场强度、温度和作用时间不仅能够影响晶粒生长,还会改变晶界和晶内的结构特征,说明多场耦合作用下可能会激活缺陷,促进晶粒细化。放电等离子烧结过程中存在的晶粒细化现象,由于其往往被高温下的晶粒生长所掩盖,一直未受到关注。本项目充分证实了放电等离子烧结过程中存在的晶粒细化现象,并以微米单晶粉体为原料成功获得了具有纳米结构特征的氧化铝陶瓷。
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
SiC whisker reinforced ZrO2composites prepared by flash-sintering
闪速烧结制备SiC晶须增强ZrO2复合材料
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2016.02.014
发表时间:2016
期刊:Journal of the European Ceramic Society
影响因子:5.7
作者:Liu Dianguang;Gao Yan;Liu Jinling;Li Kai;Liu Fangzhou;Wang Yiguang;An Linan
通讯作者:An Linan
Preparation of Al2O3–Y3Al5O12–ZrO2 eutectic ceramic by flash sintering
闪速烧结制备Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2共晶陶瓷
DOI:10.1016/j.scriptamat.2015.12.002
发表时间:2016-03
期刊:Scripta Materialia (SCI 1 区, IF3.224)
影响因子:--
作者:Li Kai;Su Haijun;Wang Yiguang;An Linan
通讯作者:An Linan
Grain refining in spark plasma sintering Al2O3 ceramics
放电等离子烧结Al2O3陶瓷的晶粒细化
DOI:10.1016/j.jallcom.2014.10.113
发表时间:2015-02
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Jinling Liu;Yiguang Wang;Fuqian Yang;Kepi Chen;Linan An
通讯作者:Linan An
Electrical-field induced nonlinear conductive behavior in dense zirconia ceramic
致密氧化锆陶瓷中电场引起的非线性导电行为
DOI:10.1016/j.jmst.2017.03.005
发表时间:2017
期刊:Journal of Materials Science and Technology
影响因子:10.9
作者:Gao Yan;Liu Fangzhou;Liu Dianguang;Liu Jinling;Wang Yiguang;An Linan
通讯作者:An Linan
Asymmetric temperature distribution during steady stage of flash sintering dense zirconia
闪烧致密氧化锆稳定阶段的不对称温度分布
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.012
发表时间:2018
期刊:Journal of the European Ceramic Society
影响因子:5.7
作者:Liu Guangxin;Liu Dianguang;Liu Jinling;Gao Yan;Wang Yiguang
通讯作者:Wang Yiguang
Al2O3/YAG共晶自生复合陶瓷的电场辅助微结构调控机理
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:刘金铃
- 依托单位:
多级镁基纳米复合材料强韧化机理及其性能优化
- 批准号:51871187
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:刘金铃
- 依托单位:
闪烧制备Al2O3/YAG/ZrO2共晶陶瓷的机理研究
- 批准号:51672227
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:刘金铃
- 依托单位:
国内基金
海外基金
