微波电场诱导晶粒定向生长制备织构化纯氧化铝陶瓷的研究

本项目利用磁场辅助晶粒取向的方法制备氧化铝陶瓷的坯体，在微波纯电场作用下加热的方式来制备晶粒织构化的氧化铝陶瓷，通过改变电场强度和方向研究微波电场对晶粒定向生长的影响，从中揭示微波电场诱导晶粒定向生长的机理。.微波在高温加热中具有"非热效应"，然而这个理论在学术界还没有达成共识，主要是由于无法回避"温度"测量这一重要参数。本项目通过微波电场对织构化陶瓷坯体的加热效应，有效的回避了温度这一参数，首次研究微波电场诱导晶粒定向生长的"非热效应"的机理和实际效能，并应用于制备织构化的氧化铝陶瓷材料，提高了氧化铝陶瓷的力学和光学性能。本项目不仅通过合理的实验设计，有效的论证了微波"非热效应"，同时制备的织构化氧化铝陶瓷在性能和应用上都将有很大突破，因此具有很高的理论和实际意义。

微波加热技术是上世纪90年代兴起的一种新型加热技术，被认为具有“高效”、“节能”、“绿色环保”、“安全易控制”等优点，广受研究机构和相关业界企业所关注。然而，尽管在工业应用上取得了长足的进展，但是在微波加热理论方面的进展却十分缓慢，特别是对微波“非热效应”的研究更是停滞不前，其中关键的问题是与传统烧结测温方式的不同。为了回避微波加热过程中温度对“非热效应”研究的干扰，本项目系统研究了通过EPD-TGG联合法制备织构化氧化铝陶瓷坯体，并进行微波电场的“非热效应”的研究。研究内容主要由氧化铝悬浮液的制备及其EPD工艺研究、不同形态片状氧化铝TGG模板的制备研究和微波加热过程中电场的“非热效应”的研究等三个部分组成。本项目通过调配溶剂、表面活性剂和添加剂，制备出了适合于EPD的氧化铝悬浮液；通过调整熔盐配方、熔盐工艺和添加剂，制备出了形态可控、尺寸均匀的片状氧化铝模板；通过EPD-TGG联合法制备出具有一定织构化程度的氧化铝坯体，并初步证实了微波电场促进平行于电场方向的晶粒生长的“非热效应”，达到了项目的预期效果。本项目首次采用不同形态的片状氧化铝作为模板，研究模板形态对EPD制备织构化氧化铝的影响；首次采用EPD-TGG联合法制备织构化氧化铝模板，并用于微波促进陶瓷晶粒生长的研究；首次回避了温度测定的干扰，证实了微波加热促进晶粒生长的“非热效应”。本项目至今在国内外核心刊物发表文章5篇，其中SCI收录4篇，另有1篇文章已录用， 4篇文章正在审稿和撰写过程中，申请国家发明专利1项，并培养7名硕士研究生，其中1人已毕业。