一项新的项目将研究一种利用电场增强陶瓷烧结工艺以制造军事和商业应用部件的方法背后的基本机制。
这些组件的制造昂贵，因为它们传统上由烧结的粉末产生 - 或融合在一起 - 在约1,500摄氏度的几个小时内。
现在，研究人员正在努力更好地了解一种新技术，这种技术可以在大幅加快生产过程的同时降低生产成本。该团队将研究场辅助烧结技术(FAST)，即应用电场增强烧结。FAST的一种形式被称为快速烧结，只需要几秒钟的时间，并将加工温度降低50%或更低，达到大约800摄氏度。
“我们的范围是为了理解为什么在几秒钟内，在这种低温下，您可以促进烧结，这通常需要在更高温度下更长的时间，”说海燕王，斯塔尔斯，特纳普渡大学材料工程学院工程教授。“尽管成功的闪光烧结演示，但它在原子尺度上仍然很差。”
了解FAST工艺背后的机制可以加快陶瓷烧结工艺的商业发展，以实现一系列的应用。同样的机制也适用于闪速烧结以外的其他应用，如可充电锂离子电池和燃料电池的研究，在这些领域，带电离子在整体功能中发挥着关键作用。
该项目获得了美国海军研究办公室为期四年的300万美元资助，由王领导，与普渡大学的两名共同首席研究员和加州大学戴维斯分校的合作者合作;罗格斯大学;科罗拉多州立大学和海军研究实验室。可以在YouTube上看到描述这项研究的视频https://youtu.be/o6bqlietpkc．
王说：“我们需要制定一个全面的科学理解以及预测建模工具和与电气辅助材料制造有关的规则和指导方针，”王说。
团队的主要成员是：EdwinGarcía.和星航张两人都是普渡大学材料工程学院的教授;amiya mukherjee.，加州大学戴维斯分校杰出的材料科学与工程教授;Thomas Tsakalakos.，罗格斯的材料科学与工程杰出教授;特洛伊荷兰,科罗拉多州立大学机械工程助理教授;海军研究实验室的物理学家C. Stephen Hellberg.那诺姆·伯恩斯坦和史蒂夫·欧文．该项目还将涉及几名博士生和博士后研究人员。
对Purdue的研究至关重要是叫做的实验室工具原位透射电子显微镜和原位扫描电子显微镜。这些技术允许研究人员“看到”在烧结时以原子刻度的陶瓷材料的晶体结构发生的情况。晶体结构由直径的刻面为100纳米构成，其太小而无法用传统的光学显微镜观察。研究人员将采用该过程的实时视频。
“对闪光烧结相关现象的宏观描述是存在的，但对微或纳米尺度的理解仍然缺乏，”王说。
虽然陶瓷是电绝缘的，但它们可以导电离子或带电原子。这种离子流动足以使材料在比通常要求的低得多的温度下烧结。这些离子从陶瓷的晶格结构上“跳”出来。如果氧原子从晶格中的某些位置消失，就会在这些位置产生一个正电荷，吸引带负电荷的离子。
研究人员正在研究一种被称为氧化钇稳定氧化锆的陶瓷和另外两种陶瓷的现象，这两种陶瓷的晶体结构中有大量的“氧空位”。
Wang说:“这种跳跃所需的能量相当高，但有趣的是，这种陶瓷具有独特的氧跳跃通道。”
研究团队将追求三个目标：了解电场与处理条件下的交互;为科学和工程提供理论和软件;以及制定材料工程师的规则和指导，用于制造制造。
此外，研究结果可以被挖掘，并使用“机器学习”方法生成预测模型，这可以帮助工程师和技术人员为给定的任务选择正确的材料。这项研究还可以揭示一种被称为电迁移的现象，这种现象会影响电子设备的性能。
提交：材料•先进
