超快速烧结陶瓷的结构与性能评估开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

早在几千年前，人们就学会并使用陶瓷的烧结技术。在早期的陶器或瓷器时代，由于技术、工艺和设备的落后，陶瓷的烧结往往需要几天甚至十几天才能完成。上世纪五十年代，陶瓷的烧结技术被系统地加以研究。以coble^[1]和kingery^[2-3]等人为代表的材料学家在大量实验研究的基础上，总结出了温度、压力和保温时间等对陶瓷材料烧结致密化的影响规律。在这些实验和理论的基础上，一些高效的陶瓷材料烧结技术被广泛的开发出来，如热压烧结（hp）、热等静压烧结（hip）等^[4-5]。这些高效的陶瓷烧结技术使原来需要几天甚至十几天的陶瓷材料的烧结过程缩短到了几个小时左右。然而这些进步与人们的期望和需求相比仍存在一些差距，在陶瓷烧结技术发展历程中，提高致密化速度、缩短烧结时间一直是人们追求的重要目标；并取得了极大进展。二十世纪九十年代，能进一步降低烧结温度和烧结时间的场助烧结技术被人们研发出来并很快地投入实际生产中，放电等离子烧结（sparkplasma sintering, sps）是属于该技术^[6-8]。放电等离子烧结技术是利用直流脉冲电流经过石墨模具和样品本身，使样品产出等离子体和焦耳热，从而实现在较低温度、较低压力和较短时间内实现陶瓷材料致密化的烧结技术。大量实验结果表明，使用sps可以在几十分钟内实现大多数陶瓷的致密化^[9]。

氧化铝陶瓷有着悠久的历史，其原料来源广泛。在地壳中，它的蕴藏量仅次于氧化硅。由于氧化铝所具有的优异性能，它也是用途最广泛的陶瓷之一。氧化铝硬度高，抗氧化，耐腐蚀，电绝缘性能好，介电损耗低，无毒，所以在结构陶瓷，电子陶瓷，生物陶瓷中都占有重要地位^[10]。氧化铝陶瓷是一种具有广泛代表性的陶瓷，关于它的传统烧结研究非常充分，有利于对比分析。

快速烧结过程中的致密化过程难以用现有的烧结理论进行解释，其原理还在不断研究和完善过程中，例如gurtsantanach，he，hyungsoo kim，byung-namkim，chen ，zhou等人^[11-16]都以氧化铝粉末为原料，采用不同的升温速率、烧结温度对烧结过程中致密化情况进行了对比研究，总结了不同升温过程中氧化铝陶瓷烧结致密化的情况，其中包括致密度、气孔分布、晶粒尺寸等随升温速率、烧结温度的变化情况。

2. 研究的基本内容与方案

(1)基本内容

本项目针对超快速烧结的al₂o₃陶瓷，主要研究内容包括以下四个方面：

1.确定不同升温制度对al₂o₃陶瓷致密化的影响

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定实验方案，了解试验仪器和设备，完成开题报告。

第3-4周：学习使用实验仪器和设备，并逐步开始制备样品。

第5-12周：采用实验方法用纯氧化铝粉末制坯；采用放电等离子烧结设备制备氧化铝陶瓷样品，并测试其力学性能、晶粒形貌等，分析结果，跟据烧结致密化等理论确立结构与性能之间的关系。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]coble r l. sintering of crystalline solids. i. intermediate and final statediffusion models [j]. j. appl. phys, 1961, 32: 789-792.

[2]kingery w d, berg m. study of the initial stages of sintering solids by viscousflow, evaporation-condensation and self-diffusion [j]. j. appl. phys, 1955, 26:1205-1212.

[3]kingery w d, francois b. grain growth in porous compacts [j]. j. am. ceram.soc, 1965, 48: 546-547.