电场辅助烧结制备致密细晶粒氧化铝纳米陶瓷

外加电场能有效抑制烧结过程中陶瓷晶粒的长大，从而降低烧结致密化温度，缩短烧结时间。本项目拟进一步完善制备alpha氧化铝纳米颗粒的高分子网络法，制备出无团聚、平均颗粒尺寸小于15 nm的alpha氧化铝纳米颗粒粉体。系统研究在直流或者交流电场作用下alpha氧化铝纳米颗粒粉体的致密化、晶粒长大动力学特性。在此基础上优化烧结致密化工艺（电场-烧结温度-时间），在较低温度下完成烧结致密化，并抑制致密化过程中晶粒的快速长大，以开发出在电场辅助下的致密细晶粒氧化铝纳米陶瓷烧结技术，用常规无压烧结炉制备出相对密度大于99%、晶粒尺寸小于50 nm的氧化铝纳米陶瓷。电场辅助下致密细晶粒氧化铝纳米陶瓷制备技术的开发将为氧化铝纳米陶瓷结构与性能的深入研究以及氧化铝纳米陶瓷的广泛应用奠定基础。对电场作用下氧化铝纳米陶瓷致密化过程的认识，将有助于阐明电场对陶瓷烧结过程的作用机理。

外加电场能促进烧结致密化过程，从而降低烧结致密化温度，缩短烧结时间。我们针对三个体系（分别是alpha-Al2O3，ZrO2以及Al2O3-ZrO2复合粉体）展开了直流电场下陶瓷烧结致密化过程的研究。首先，通过高分子网络法制备了alpha-Al2O3，t-ZrO2以及alpha-Al2O3-t-ZrO2纳米颗粒粉体。研究发现，通过调整高分子网络剂和前驱体的摩尔比，可以制备出不同颗粒尺寸，且团聚轻的纳米粉体。随后，在不同电场强度的作用下，研究了上述三种体系的烧结过程。研究发现，直流电场能有效促进ZrO2以及Al2O3-ZrO2复合粉体的烧结过程，能够在相对低的温度下，较短时间内实现致密化，并能有效抑制烧结过程中晶粒的长大；然而，直流电场对Al2O3纳米粉体的烧结致密化过程影响较小。最后，我们对电场作用下陶瓷致密化过程的作用机理进行了讨论。我们认为，在电场作用下，焦耳热是促进烧结致密化过程的关键作用因素。