高质量的陶瓷靶材对于射频磁控溅射法可镀制出综合性能优异的 BaBiO3基负温度系数热敏薄膜至关重要。基于此, 本工作以纯 BaBiO3靶材样品的收缩率、平整度和体积密度为主要质量特性衡量指标, 通过改变保压时间、烧结温度、保温时间和升温速率等 4个因素, 设计了正交实验并加以分析各因素与靶材质量指标的构效关系。同时, 基于烧结行为对 BaBiO3靶材晶粒生长的影响关系, 包括调控烧结温度、保温时间和升温速率等关键烧结工艺参数, 结合唯象方程和截距法, 探讨了晶粒生长机制、生长指数 n与关键影响因素间的内在关联性。基于此, 进一步联合 X射线衍射、Raman光谱、扫描电子显微镜和能谱等表征方法分析了不同工艺参数条件下靶材样品的相结构和元素构成, 从而验证了正交化实验的有效性。结果表明, 获得综合质量较优(变形程度小、致密度高和表观质量良好)的 BaBiO3陶瓷靶材的烧制工艺为: 保压时间 12 min、烧结温度 750 ℃、保温时间 120 min和升温速率 2 ℃/min。

To solve the problem of directional arrangement of small template particles, we designed a lamination technique for the preparation of dense ceramics with high texture degree based on the phase-field simulation. Referring to the experimental data, the initial microstructures of the template and matrix layers were constructed. The effect of the average length of template on the coarsening behavior of the template layer was investigated in detail. The results suggested that there was a stable stage in the growth process of template grains, which would be conducive to the densification of textured ceramics. This phenomenon has been confirmed by corresponding experiments. In addition, we demonstrated a critical thickness of matrix layer for the preparation of highly textured ceramics by using the template with various average lengths. The grain size of highly textured ceramics could be controlled by adjusting the template size and thickness of matrix layer.To solve the problem of directional arrangement of small template particles, we designed a lamination technique for the preparation of dense ceramics with high texture degree based on the phase-field simulation. Referring to the experimental data, the initial microstructures of the template and matrix layers were constructed. The effect of the average length of template on the coarsening behavior of the template layer was investigated in detail. The results suggested that there was a stable stage in the growth process of template grains, which would be conducive to the densification of textured ceramics. This phenomenon has been confirmed by corresponding experiments. In addition, we demonstrated a critical thickness of matrix layer for the preparation of highly textured ceramics by using the template with various average lengths. The grain size of highly textured ceramics could be controlled by adjusting the template size and thickness of matrix layer.

铅基织构压电陶瓷由于具有优异的机电耦合性能、高性价比、组分均匀、形状可控等优点, 成为了近些年学术界和工业界所关注的热点材料, 也被认为是众多压电器件更新换代的关键材料。本工作介绍了铅基织构压电陶瓷的设计原理和制备技术, 分析了其相比于单晶及传统多晶陶瓷材料的特点和优势; 其次, 综述了铅基织构压电陶瓷制备方面的最新研究进展; 最后, 探讨了目前铅基织构压电陶瓷中存在的问题和未来发展所面临的挑战。

采用模板晶粒生长(TGG)法制备了Sr2Nb2O7织构陶瓷, 研究了其晶体结构、介电和压电性能等的各向异性。结果表明,Sr2Nb2O7织构陶瓷沿<0l0>晶面取向, 其取向度为0.78。Sr2Nb2O7织构陶瓷的居里温度为1 328 ℃, 其压电、介电性具有明显各向异性特征。Sr2Nb2O7垂直方向(SNO┴)样品的压电常数为2.8 pC/N, 650 ℃时电阻率为5.6×104 Ω·cm。

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=d4.7180+4.516×1033×t0.888×exp,能够有效预测0.6CLT-0.4LMT陶瓷微波烧结的晶粒生长过程。

文章综合概述了固相法晶体生长技术的发展过程与研究进展。首先, 回顾了在陶瓷烧结与冶金工艺中经常出现的晶粒异常长大现象, 以及由此发展起来的固相法晶体生长技术。对固相法晶体生长工艺和应用领域等进行了简要介绍, 对固相法晶体生长技术的典型应用案例和发展历程进行了叙述。然后, 着重介绍了一种新的固相晶体生长技术——无籽晶固相晶体生长技术。对无籽晶固相晶体生长技术在无铅铁电压电晶体—铌酸钾钠基晶体中的应用进行详细介绍, 并将该方法与常规的高温熔体法和籽晶诱导固相法晶体生长技术的特点进行了比较。最后, 在介绍当前关于固相法晶体生长机理讨论的基础上, 针对无籽晶固相晶体生长技术, 提出了一种新的综合机制模型, 力图解释无籽晶固相晶体生长的机理。对无籽晶固相晶体生长技术当前存在的问题以及未来的发展, 分别进行了简要的说明与展望。

为了研究高强钢激光焊接线能量对HAZ奥氏体晶粒长大的影响, 运用ANSYS有限元软件模拟了激光焊接时的三维瞬态温度场, 结合热循环曲线和HAZ奥氏体晶粒长大的特征, 确定了高强钢激光焊接HAZ奥氏体晶粒长大的动力学方程参数, 并分析了不同线能量对HAZ奥氏体晶粒长大的影响, 其理论计算结果与试验结果相吻合。结果表明, 激光焊接高强钢时, HAZ奥氏体晶粒长大现象明显。激光焊接线能量对HAZ奥氏体晶粒长大有直接影响, 在一定范围内, 随着焊接线能量的增加, HAZ奥氏体晶粒长大越显著, 主要是随着焊接线能量加大, 焊接热输入量增加, HAZ峰值温度及晶粒粗化温度区间持续时间长的作用。

采用元胞自动机法和有限元法, 将宏观温度场与微观晶粒生长相耦合, 建立了激光熔注316L复合涂层晶粒生长模型, 研究了非均匀温度场条件下复合涂层的晶粒生长, 及增强相颗粒体积分数和颗粒尺寸对晶粒生长的影响。结果表明: 激光熔注复合涂层晶粒大小分布随熔池深度方向变化而变化, 熔池表面呈细小的等轴晶, 熔池底部晶粒粗大; 增强相颗粒体积分数含量越高, 晶粒生长越慢, 晶粒尺寸越小; 增强相颗粒尺寸越小,晶粒生长的越慢, 晶粒尺寸越小, 组织越均匀。

采用激光同轴送粉熔覆数学模型模拟了双层熔覆过程中温度场、熔池内流场、熔池的动态演化过程, 凝固过程中CET转变及熔覆层横截面的晶体方向分布。该数值模型耦合了数值传热、激光粉末相互作用、基体和粉末的熔化和凝固、熔池液态金属流场以及凝固过程中晶体的生长等物理过程, 分析了工艺参数(激光功率、激光行走速度)对熔池凝固过程中CET转变趋势的影响, 并将模拟结果与实验结果进行对比。模型采用水平集法(level-set方程)追踪熔覆过程中熔覆层的动态气液表面。研究结果表明, 本模型很好的展示了熔池的动态演化过程, 并准确的预测熔覆层的形貌和横截面晶向的分布, 以及线能量对熔覆层晶向的影响。