通过两步烧结制备超均匀纳米晶材料
材料科学
2020-11-10 v3
摘要
晶粒尺寸小于100 nm且具优异性能（如机械强度、硬度、断裂韧性与存储介电能）的纳米晶金属与陶瓷备受关注。关于如何实现纳米晶粒已有大量讨论，但对维持对材料可靠性至关重要的晶粒尺寸均匀性却知之甚少。一个尤为引人深思的问题是，能否获得比 Hillert[1] 对正常晶粒长大所理论预测的更窄的尺寸分布——广义平均场理论[2]（Lifshitz、Slyozov、Wagner (LSW)[3,4] 及 Hillert 的）曾暗示在具有更高长大指数的长大情形下存在此种可能，却从未在实验中实现。我们证明，这可通过精心设计的 bulk 材料两步烧结路线实现：(a) 利用中间烧结阶段的大长大指数，在仍存孔隙时形成最均匀显微组织；(b) 在继续致密化达到全致密的同时冻结晶粒长大。所得致密 bulk Al2O3 陶瓷平均晶粒尺寸为 34 nm，且尺寸分布远窄于 Hillert 预测。利用该策略还展示了晶粒尺寸分布窄于起始粉末粒度分布的 bulk Al2O3，以及高度均匀的 bulk 工程金属与陶瓷，后者或为高纯高熔点（Mo 与 W-Re）或为高度复杂成分（核壳 BaTiO3 与 0.87BaTiO3-0.13Bi(Zn2/3(Nb0.85Ta0.15)1/3)O3）。
引用
@article{arxiv.2002.12286,
title = {Ultra-uniform Nanocrystalline Materials via Two-Step Sintering},
author = {Yanhao Dong and Hongbing Yang and Lin Zhang and Xingyu Li and Dong Ding and Xiaohui Wang and Ju Li and Jiangong Li and I-Wei Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.12286},
year = {2020}
}