NC状态研究可能给陶瓷制造带来革命性的变化

北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种新的方法，利用适度的电场来塑造陶瓷，使这一过程大大提高了能源效率。与传统的陶瓷制造方法相比，该工艺可以显著节省陶瓷制造成本。

陶瓷是一系列产品的重要组成部分，包括绝缘体、火花塞、燃料电池、防弹衣、燃气轮机、核棒、高温球轴承、高温结构材料和隔热罩。

问题是在晶体材料中发现的晶体缺陷，例如陶瓷。“这些缺陷之一被称为晶界，这是用原子在材料中相遇的不同方向对齐的晶体的晶界，”NC州和研究中的国家科学与工程学教授Hans Conrad博士说。这些边界具有电荷。

“我们发现，如果我们将电场施加到材料上，它将其与晶界处的电荷相互作用，并使晶体更容易沿这些边界彼此滑动。这使得更容易变形材料更容易。“换句话说，材料变得超级塑性 - 所以陶瓷可以使用少量力来成形为所需的形式。

康拉德说:“我们发现，如果施加一个适中的磁场，可以使陶瓷材料变形所需的力降至基本为零。”“我们说的是每厘米25到200伏的电压，所以传统的墙壁插座产生的电力将足以满足某些应用。”

这些发现意味着用陶瓷制造任何东西的制造商将能够使用更少的能源。康拉德说:“这将使生产过程更具成本效益，并减少相关污染。”“这些发现也有望用于开发新型陶瓷防弹衣。”康拉德计划用这种方法做更多的工作，以更低的成本制造性能更好的陶瓷防弹衣。

这项名为“应用直流电场对氧化陶瓷塑性变形动力学的影响”的研究发表在该杂志上哲学杂志并由美国陆军研究办公室资助。该研究由NC州的高级研究助理康拉德和Di Yang博士共同撰写。

材料科学与工程系是北卡州立大学工程学院的一部分。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

外加直流电场对氧化陶瓷塑性变形动力学的影响

作者：汉斯康拉德，北卡罗来纳州立大学迪阳

发表: 2010年3月30日，哲学杂志

文摘:适度的直流电场显著降低了三种多晶氧化物(MgO、Al2O3和钇稳定的四方ZrO2 (Y-TZP))的高温拉伸流动应力。Y-TZP中流动应力的降低包括三个部分:(i)由于焦耳加热，(ii)在通断和电场台阶试验中获得的快速可逆部分和(iii)电场对微观结构的累积效应。只有由于焦耳加热和快速可逆组分出现在MgO和Al2O3中。得出的结论是，快速、可逆的组分是由于电化学电位的降低，形成了与速率控制离子在晶界空间电荷中的扩散相对应的空位。计算得到的空间电荷区宽度大小及其与温度和溶质组成的关系符合理论和实验。电场对组织的累积效应主要是由于电场抑制了晶粒的生长。这种延迟可能是由于电场对空间电荷区的一种或多种影响:(i)分离的溶质离子增加，(ii)晶界能降低，(iii)溶质离子迁移率降低。