陶瓷颗粒烧结致密化过程中微气孔的扩散与演化

用扩散界面相场模型研究陶瓷烧结过程中五球模型内部的气孔扩散与演化过程。采用一组随时间和空间连续变化的取向场变量和浓度场变量来表征烧结过程微结构特征,用Ginzburg-Laudau动力学方程和Cahn-Hilliard动力学方程分别描述取向场变量和浓度场变量随时间的演化。结果表明,陶瓷烧结过程中,颗粒间的气孔通过晶界向较大的气孔扩散聚集,颗粒内部的气孔则通过晶粒基体内部向颗粒间的空隙和颗粒外部空间扩散。陶瓷颗粒的气孔通过晶界或基体扩散到晶粒外部空间的过程,就是陶瓷坯体烧结的致密化过程。     

相场法模拟低体积分数下的Ostwald熟化

建立低体积分数下的Ostwald熟化过程的相场模型,采用Cahn-Hilliard方程和Allen-Cahn方程控制相对密度场和长程取向场的变化,研究体积分数对生长指数m、动力学系数k和粒径分布的影响.结果表明：低体积分数（小于10％）的Ostwald熟化中,生长指数函数中的生长指数m不依赖于体积分数的变化,m=3.o;而随着体积分数的增加,动力学系数k变化不大,在k=0.003附近.随着熟化相体积分数的增加,晶粒生长尺寸分布加宽.     

球磨时间对等离子烧结Al2024-TiN复合材料的影响

采用高能球磨(HEM)和放电等离子烧结(SPS)工艺制备了纳米颗粒增强超细晶Al2024-TiN(2%TiN)复合材料,研究了球磨时间对球磨后复合粉末形貌和组织以及对烧结后复合材料组织和性能的影响.结果表明:粉末形貌随着球磨时间而发生变化,当球磨时间大于30 h时,铝粉末的形貌和粒径不再发生明显变化,晶粒尺寸也稳定在36nm左右,但粉末堆积密度随球磨时间延长而增加;随着球磨时间增加,烧结样的相对致密度逐渐上升,其屈服和抗压强度先上升后下降,球磨40 h的烧结样的强度最高,屈服和抗压强度分别为734.2 MPa和871.6 MPa,仍保有10%的工程应变;具有相同晶粒尺寸的球磨40 h和50 h的粉末在烧结过程中发生了不同程度的晶粒长大,烧结后晶粒尺寸分别为145.4 nm和289.2 nm,球磨50 h的粉末晶粒长大更明显.     

TiO2掺杂ZnO压敏陶瓷的晶粒生长研究

应用晶粒生长动力学唯象理论研究了TiO2对ZnO压敏陶瓷的晶粒生长规律的影响,应用晶粒生长动力学方程确定了晶粒生长动力学指数和激活能,探讨了TiO2掺杂对ZnO压敏陶瓷晶粒生长的作用机理.实验结果表明对于TiO2掺杂ZnO压敏陶瓷,当烧结温度低于l050℃时,其动力学指数n=3,激活能为300±25kJ/mol,此时晶粒生长的速度控制机理是ZnO在Bi4Ti3O12液相中的扩散.而当烧结温度大于1100℃时,其动力学指数n=6,激活能为360±29kJ/mol.这是由于Zn2TiO4尖晶石颗粒钉扎在ZnO压敏瓷的晶粒边界,通过颗粒阻滞机理抑制ZnO晶粒的长大,从而使ZnO压敏瓷的晶粒生长激活能增大.     

纳米ZnO粉体的制备及其表征

通过直接沉淀法制备了粒径小于100nm的ZnO纳米粉体.随前驱体焙烧温度的升高,晶粒逐渐长大,晶体发育趋于完整.经过计算,纳米ZnO的晶粒生长动力学指数为1.8,比其他一些氧化物的晶粒生长动力学指数小.     

Al2O3-Cr2O3固溶体烧结动力学研究

以纳米η-Al2O3与工业铬绿为原料,采用固相烧结的方法制备Al2O3-Cr2O3固溶体.以聚乙烯醇为结合剂,经过冷等静压成型后,分别以埋碳和空气两种气氛在1400～1600℃常压烧结.研究不同气氛、不同温度下试样的性能、显微结构和烧结动力学.在烧结过程中,随温度升高,两种不同气氛的Al2O3-Cr2O3固溶体晶粒生长指数减小,晶粒生长活化能下降.埋碳气氛下Al2O3-Cr2O3固溶体平均晶粒生长指数为1.763,晶粒生长主要受晶界的曲率和一小部分体积扩散控制;空气气氛下Al2O3-Cr2O3固溶体平均晶粒生长指数为3.454,晶粒生长主要受离子随机越过晶界和体积扩散控制.对比晶粒生长活化能发现,空气气氛更有利于Al2O3-Cr2O3固溶体晶粒的生长发育,但当温度过高时应考虑CrO3的挥发对晶粒生长的影响.     

脉冲激光沉积纳米Si晶粒气相生长的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法,引入粘连成核模型,模拟了脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒的气相成核与长大过程,并研究了初始烧蚀Si粒子总数对纳米晶粒尺寸和密度分布的影响.研究结果表明:随着初始烧蚀Si粒子总数增大,纳米晶粒数目增多,尺寸分布变宽,Si晶粒尺寸分布近似满足幂函数衰减规律.给出了烧蚀粒子和环境气体密度随时间演化图,所得结论可为进一步研究纳米晶粒生长动力学提供理论依据.     

相场中场变量参数对二维晶粒演变特征影响的研究

采用了周期性边界条件及各向同性的动力学相场模型研究了场变量参数对二维多晶生长的影响.模拟结果表明:场变量数目的多少对晶粒生长的规律没有显著影响:即二次幂规律,场变量数目越大,晶粒合并的几率越小,生长越慢.同时又对不同场变量下晶粒的相对尺寸分布进行了研究,结果显示晶粒的相对尺寸分布形式具有相似性.     

心肌3种应力的并联桥本构模型

为了深入研究心肌的力学性质,通过理论推导,提出了心肌的并联桥本构模型。该模型包含心肌的被动力、主动力和生长应力三种模型。被动力模型是一个各向异性的非线性弹性模型,其力学性质主要决定于心肌的纤维方向的力学性质;结合自由钙离子浓度演化方程和横桥动力学模型,发展了心肌的主动力模型,在周期化钙离子浓度场的基础上,得到随时间周期变化的主动应力;提出了生长应力的概念,建立基于生长因子表达变化的生长应力模型。研究结果表明,并联桥本构模型完备地反映了心肌的被动力、主动力和生长应力3种应力状态模型。     

心肌3种应力的并联桥本构模型

为了深入研究心肌的力学性质,通过理论推导,提出了心肌的并联桥本构模型。该模型包含心肌的被动力、主动力和生长应力三种模型。被动力模型是一个各向异性的非线性弹性模型,其力学性质主要决定于心肌的纤维方向的力学性质;结合自由钙离子浓度演化方程和横桥动力学模型,发展了心肌的主动力模型,在周期化钙离子浓度场的基础上,得到随时间周期变化的主动应力;提出了生长应力的概念,建立基于生长因子表达变化的生长应力模型。研究结果表明,并联桥本构模型完备地反映了心肌的被动力、主动力和生长应力3种应力状态模型。     

焊接接头微观组织演化的可视化模拟

本文主要针对焊接接头微观组织演化建模及其可视化方法进行研究。采用元胞自动机模型,通过对焊接接头的微观组织晶粒生长进行模拟来分析和研究微观组织的形态学和动力学特征;通过微观组织图像人工生成技术,直观、精确地展现出微观组织演化的可视化效果。实验结果表明,经过回归分析得到的晶粒生长指数同主流的Burke经验公式相符,使用元胞自动机算法对微观组织演化进行的可视化模拟得到了令人满意的效果。     

SPS预烧结制备超细晶梯度硬质合金

首先采用SPS预烧结和真空预烧结制备超细晶硬质合金,再经过梯度烧结使超细晶硬质合金表面形成梯度层,研究了不同预烧结方式对合金组织的影响,分析了预烧结后合金微观组织对超细晶硬质合金的梯度形成及晶粒生长的影响.结果表明,预烧结后合金的微观组织对梯度烧结后的梯度形成和晶粒生长有较大影响,经过SPS预烧结后的硬质合金进行梯度烧结后,可以获得梯度层厚度为 53μm,平均WC晶粒尺寸为0.3μm的超细晶梯度硬质合金.     

Porous SiC ceramics fabricated by quick freeze casting and solid state sintering

Porous SiC ceramics with uniform microstructure were fabricated by quick freezing in liquid nitrogen and solid state sintering.Poly(vinyl alcohol)(PVA) was added as binder and pore morphology controller in this work.The microstructure and mechanical properties of porous SiC ceramics could be controlled by the composition of the aqueous slurries.Both solid content of the slurries and PVA content impacted on the pore structures and mechanical properties of the porous SiC ceramics.The solid content of slurries and PVA content varied from 60 to 67.5 wt%and 2-6 wt%,respectively.Besides,the grain morphology of ceramics was also tailored by changing the sintering temperature from 2050 to 2150 ℃.Porous SiC ceramics with an average porosity of 42.72%,flexural strength of 59.28 MPa were obtained at 2150 ℃ from 67.5 wt% slurries with 2 wt% PVA.     

Microstructure and electrical conductivity of 10% Yb-doped SrCeO3 ceramics

As a candidate material for hydrogen separation, Yb-doped SrCeO₃ has attracted increasing attention in recent decades. In the present study, Yb-doped SrCe_0.9Yb_0.1O_3-α ceramics were prepared by the dry pressing and sintering approach, with the microstructure evolution and the micro morphology investigated. It was indicated that the ceramics sintered in air were of a pure perovskite structure, and that the sintering temperature had a significant effect on the growth of ceramic grains. The average grain size increased from 1 ​μm to 10 ​μm with an increase in sintering temperature from 1300 to 1500 ​°C. Further investigation of the thermodynamics and kinetics of grain growth revealed that the grain boundary diffusion was the main driving force of grain growth during solid phase sintering, with a grain growth index of 4 and an activation energy of approximately 61.23 ​kJ ​mol⁻¹. These results illustrate an obvious tendency of grain size growth. By electrochemical workstation with different atmospheres the effects of sintering temperature on the conductivity were characterized in the temperature range of 700–900 ​°C. The electrical conductivities σ of SrCe_0.9Yb_0.1O_3-α ceramics in different atmospheres were as follows: σ(wet hydrogen) ​> ​σ(dry hydrogen) ​> ​σ(dry air) ​> ​σ(wet air). In the test atmosphere containing water and hydrogen the conductivity of protons increased with increasing temperature because of the protons jump between lattices in the form of interstitial hydrogen ions or bare protons.     

相场法研究初始微结构对晶粒长大的影响

【目的】研究不同初始微结构对晶粒长大过程及生长动力学的影响。【方法】采用相场法(Phase Field)模拟二维多晶材料中正常晶粒长大及初态分别为柱状和梯度微结构的晶粒长大过程。【结果】正常晶粒长大的相对晶粒尺寸分布具有时间不变性的特点;柱状微结构的长宽比和梯度微结构的梯度指数均直接影响晶粒长大动力学,这两种初始微结构在演化过程中均向均匀等轴微结构转变。【结论】晶粒长大是大晶粒不断吞噬相邻小晶粒的过程;晶界曲率对晶粒长大过程有显著影响,曲率越大,晶粒长大越快。     

i_(2-x)Pb_xS_2Ca_2Cu_3Oy陶瓷的超导电性及显微结构分析

报道用直接烧结和二次烧结工艺制备Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3Oy超导陶瓷,X=0.2,0.3,0.4,0.6,0.7。各样品的Tc(zero)>105K。对样品的显微结构分析表明,只有片状和层状晶粒是超导晶粒;掺Pb对超导相的形成和超导晶粒的生长均有重要-影响;直接烧结工艺有利于Tc(zero)的提高;二次烧结工艺有利于超导晶粒生长和消除杂相。     

Al2O3含量对烧结初始液流动行为的影响

在铁矿粉烧结过程中,初始液相流动行为是烧结矿固结效果的重要影响因素。采用微型烧结法,探讨了Al2O3含量对初始液相流动行为的影响,并通过对初始液相微观结构的解析,揭示了Al2O3含量对初始液相气孔分布和结构的影响规律。实验结果表明,初始液相的流动性指数随着Al2O3含量提高而降低。水淬试样的XRD实验结果结果证实,Al2O3含量的增加提高了复合铁酸钙的稳定性,降低了初始液相的流动能力。此外,初始液相流动性亦会对气孔性质产生影响。高Al2O3初始液相中气孔结构不规则程度提高,且小于50μm气孔数目也随之增多。     

织构化Sr_(0.4)Ba_(0.6)Nb_2O_6陶瓷的工艺研究

以熔盐法合成的各向异性的棒状铌酸锶钡陶瓷粉体为模板粉体,采用流延成型工艺,制备出织构化的铌酸锶钡陶瓷,研究了模板添加量及烧结温度与织构化陶瓷微观组织结构间的关系。实验结果表明:使用流延成型工艺可以制备晶粒定向排列的铌酸锶钡陶瓷,随着模板添加量的增加,陶瓷的织构化程度变大。在本实验的条件下,在1375℃烧结3h,模板加入量为30%时,铌酸锶钡陶瓷的织构化程度达到57%。     

IN718合金多步锻造过程中微观组织演变数值模拟

为研究多步锻造过程中工艺参数对大锻件微观组织演变的影响,将再结晶模型和晶粒长大模型加入到模拟软件中,实现了金属高温塑性变形-传热-微观组织演变的耦合.采用数值模拟的方法,研究始锻温度、压下量和空冷时间对多步锻造过程中IN718合金微观组织演变的影响.结果表明,在多步锻造过程中,始锻温度和变形量对微观组织演变影响显著,空冷温度决定了晶粒尺寸大小,而空冷时间对晶粒尺寸影响较小,长时间空冷不会造成晶粒明显粗化.