纳米软磁粉体烧结过程中的晶粒生长动力学研究进展

本文综述了纳米软磁粉体的烧结过程, 并与传统材料烧结过程进行了对比,分析了烧结过程中晶体表面扩散、晶界迁移机理, 分别从晶粒生长与微孔大小、界面扩散、致密化速率以及烧结温度等关系,总结了烧结过程中形成的动力学模型. 最后通过对这些模型的描述, 提出了作者的研究方向, 并对其发展态势进行了展望.     

用改进的MonteCarlo算法模拟多孔Al2O3陶瓷烧结过程中的晶粒生长

基于经典的晶粒生长机理,采用改进的蒙特卡罗( Monte Carlo)模拟方法,对在不同的烧结温度和保温时间下的晶粒生长演化过程进行计算机模拟,并使用多孔Al2 O3陶瓷烧结实验过程中的晶粒生长对模型进行了验证.结果表明,当晶粒生长指数为2.95时,模拟与实验中的晶粒生长趋势相一致,说明改进的MC方法可真实的反映晶粒长大的物理过程.     

0.6Ca0.61La0.26TiO3-0.4La(Mg0.5Ti0.5)O3介质陶瓷微波烧结的晶粒生长动力学研究

采用微波烧结制备了0.6Ca0.61La0.26TiO3-0.4La(Mg0.5Ti0.5)O3[0.6CLT-0.4LMT]陶瓷,研究烧结工艺对其显微结构和晶粒生长行为的影响,并采用线性回归方法建立了Hillert模型和Sellars简化模型,采用非线性回归方法建立了具有时间指数的Sellars-Anelli模型.结果 表明,随着烧结温度的升高、保温时间越长,晶粒尺寸越大,且烧结温度对晶粒生长的影响更为明显.对三种模型预测的晶粒尺寸与实验结果的平均晶粒尺寸进行了误差分析,发现Hillert模型对该陶瓷的预测精度最低,Sellars-Anelli模型对该陶瓷的预测精度最高.由Sellars-Anelli模型得到的0.6CLT-0.4LMT陶瓷的晶粒生长动力学方程为d4.718=d04.718 +4.516×1033×t0.888×exp[-1 059 682/(RT)],能够有效预测0.6CLT-0.4LMT陶瓷微波烧结的晶粒生长过程.     

LICVD法纳米硅制备过程中的成核及生长

自行设计制备了激光诱导化学气相沉积法(LICVD)纳米制粉装置,利用该装置制备的纳米硅粉其粒度波动在30～60nm之间.通过对不同反应气体流量条件下的激光能量阈值研究表明,随反应气体流量的增加,所需激光能量阈值大致成线性增加.利用透射电镜和高分辨电镜对其形貌进行了表征,并对其成核与生长进行了分析,在成核长大初期,晶核周围的Si原子浓度较高,纳米硅晶应以层状长大方式为主.当纳米晶中有螺型位错等晶体缺陷形成时,会为Si原子的"落座"提供生长所需的台阶源,晶粒将以螺旋状生长方式长大.在长大过程中,纳米晶会发生跳跃式长大现象.以跳跃方式长大的晶粒通常在两晶粒的结合面处伴有晶体缺陷发生或亚晶界产生.较低的反应气体流速条件下,纳米硅的择优生长方向为<112>晶向;而在较高的反应气体流速条件下其择优生长方向变为<111>晶向.     

陶瓷材料烧结过程晶粒生长的元胞自动机模拟

基于晶界能和晶界曲率的晶粒生长驱动力理论,建立了二相晶粒生长的元胞自动机模型,对二相陶瓷材料烧结过程晶粒的生长情况进行了模拟.结果表明,模拟过程稳定且重复性好,模拟结果与制备的Al2O3/TiN复相陶瓷材料微观形貌组织吻合3建立的元胞自动机模型,适用于陶瓷材料烧结过程晶粒生长情况的模拟.     

Al2O3透明陶瓷烧结动力学分析研究

研究了氢气氛、真空烧结条件下制备的氧化铝透明陶瓷的烧结致密化过程及烧结动力学.结果表明:由Johnson烧结模型计算得到材料在不同烧结条件下的烧结激活能,真空快速烧结下的烧结激活能和晶粒生长激活能显著低于氢气氛条件下的激活能值,且在致密化同时晶粒不断长大,扩散控制机制均为晶界扩散.真空快速烧结条件更有利于材料的烧结致密化,在较低温度短时间烧结得到高致密度材料.     

直拉硅单晶中双空洞长大动力学的相场模拟

为了研究硅单晶直拉法生长过程中双空洞的长大动力学以及空洞间的相互作用机理,采用已建立的空洞演化的相场模型及其应用程序,模拟研究了直拉硅单晶生长过程中双空洞演化和相关因素的影响规律.结果表明:所建相场模型能够有效地模拟基体中空位扩散和双空洞长大的过程;双空洞长大趋势随着模拟时间和初始空位浓度的增强而加强;随着空洞初始中心间距的增加和初始空位浓度的减小,双空洞长大由相互融合模式转变为独立长大模式.     

透辉石增韧补强氧化铝基陶瓷材料烧结动力学和烧结机制

研究了透辉石增韧补强Al2O3,基陶瓷材料的无压烧结致密化过程,根据压坏烧结时烧结温度和保温时间对线收缩率的影响,计算了复合材料液相烧结的表观激活能Q,得出其致密化机理为扩散机制控制.建立了透辉石增韧补强Al2O3,基陶瓷材料的烧结动力学方程,并由特征指数n值对比研究了它们的烧结致密化机制.纯Al2O3陶瓷材料烧结过程中的物质迁移机制由体扩散控制;透辉石增韧补强Al2O3基陶瓷材料烧结过程中的物质迁移机制既有体扩散,也有晶界扩散.     

纳米TiO2对氧化铝质多孔陶瓷膜支撑体烧结过程的影响

采用原位水解法,以钛酸四丁酯为前驱体,研究了纳米TiO2对多孔陶瓷膜支撑体烧结过程的影响.结果表明,以钛酸四丁酯为前驱体,采用原位水解法可以将纳米TiO2与大粒径的氧化铝颗粒均匀混合,起到良好的助烧结作用;预烧温度在一定程度上起到调节纳米TiO2添加量的作用并影响支撑体的各项性能.当预烧温度为1300℃,纳米TiO2添加量为0.4wt;时,支撑体经1650℃煅烧2h后,支撑体内部的细颗粒迁移至粗颗粒颈部而基本消失,一定程度上提高支撑体的抗折强度.随着保温时间延长,支撑体的抗折强度不断提高,孔径逐渐增大.但是,较多量的纳米TiO2存在于支撑体内部,起不到良好的助烧结作用.     

TiO2烧结助剂对纳米η-Al2 O3制备氧化铝陶瓷的影响

为降低氧化铝陶瓷制备成本,改善其性能,以价格低廉的纳米η-Al2 O3为原料,TiO2为烧结助剂,制备氧化铝陶瓷.研究了TiO2加入量对纳米η-Al2 O3氧化铝陶瓷的体积密度、显气孔率、物相组成和微观结构的影响.结果表明:TiO2通过增加氧化铝中铝离子点缺陷数量而提高其扩散系数,促进氧化铝陶瓷的致密化及晶粒的生长.η-Al2 O3到α-Al2 O3的相变首先在氧化铝颗粒表面进行,然后迅速扩散至内部完成.通过计算晶胞参数大小,定量证明刚玉晶体发育良好,引入适量TiO2对氧化铝陶瓷高温性能和化学稳定性影响较小.当TiO2加入量为2wt;,烧结温度为1600℃时,氧化铝陶瓷的性能优良,体积密度为3.70 g/cm3、显气孔率为1.2;,存在一定数量的晶间气孔和晶内气孔,晶体间结合紧密,晶粒尺寸10～30μm.     

无压烧结制备透辉石/AlTiB增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其致密化烧结特性,并对其力学性能进行了测试和分析.研究了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料的微观结构,并分析了其力学性能和微观结构与透辉石含量的关系.结果表明:与纯Al2O3相比,透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料的力学性能得到明显提高,其中添加6;(体积百分含量,下同)透辉石和4;AlTiB的Al2O3基结构陶瓷材料获得较好的综合力学性能,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别达到16.02 GPa、370 MPa和5.11 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因为:添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石和AlTiB对复合材料的协同晶粒细化效应.     

95氧化铝瓷凝胶注模浆料的制备及氧阻聚的抑制

本文研究95氧化铝瓷凝胶注模成型中浆料的流变性.分析了pH值、分散剂用量、球磨时间对浆料粘度的影响.采用L_9(3~4)正交试验,制备出固相含量为58 vol;,粘度为110 mPa · s的95氧化铝瓷浆料.针对表面氧阻聚,本文通过表面改性的方法,既不增加坯体内有机物的含量,也不降低坯体的强度,使坯体表面不起皮、不剥落.结果显示:通过坯体性能参数和显微结构的比较,凝胶注模的95氧化铝瓷坯体性能均优于热压铸成型的坯体性能.