电场如何改变陶瓷

我们报告去年在研究表明，应用电场可能会导致更强大的陶瓷材料以及更便宜，更节能的制造工艺。新论文帮助我们了解为什么会发生这种情况以及局限性是什么。作为额外的奖励，研究人员还发现了一种新的，更简单的方法来确定与陶瓷材料缺陷相关的能量。

材料研究人员使用称为Yttria-Stabilized氧化锆（3Y-TZP）的陶瓷材料（3Y-TZP）汉斯·康拉德（Hans Conrad）已经发现，电场改善了制造工艺并导致更强的成品 - 直到该田达到30厘米（v/cm）为止。至少康拉德发现，将电压从30 v/cm增加到50 v/cm，因此没有进一步的影响。Conrad专注于3Y-TZP，因为它用于从传感器到燃料电池的广泛应用中。

电场使使用陶瓷材料更容易，因为它可以清除与晶界缺陷相关的能量。当来自一个晶体的原子与相邻晶体中的原子不符时，就会发生晶界缺陷。这些不结盟原子的电子的相互作用会产生电荷 - 这些“空间电荷”产生了晶界能。当科学家引入电场时，它会与晶界能量相互作用，从而导致烧结温度降低，材料的变形易于变形以及成品中较小的晶粒尺寸（这使其更强）。

允许我说明电场可以产生多大的影响。烧结是将陶瓷粉末暴露于高热量以使它们融合在一起并使它们无孔的过程。传统上，3Y-TZP在约1,500摄氏度的烧结中烧结，并产生陶瓷，晶粒的直径约为360纳米（NM）。如果您在13.9 v/cm处使用60 Hertz AC场，则在1,250摄氏度下消除孔隙率，直径约为134 nm（记住 - 较小的谷物较好）。2010年有关烧结的论文可用这里。

康拉德（Conrad）的新论文还概述了一种新的方法，可以通过确定材料在电场的存在下的响应方式来计算晶粒边界能量和空间电荷。新方法比传统技术要容易得多，而且便宜。这很重要，因为如果您想改善陶瓷，则需要更改制造工艺和材料以减少晶界的能量 - 现在，确定晶界能量将更便宜，更容易。

尽管康拉德（Conrad）展示了使用3Y-TZP的电场可以完成的工作，但他的研究团队目前正在努力了解该田间对氧化镁，氧化铝和其他陶瓷的影响。康拉德（Conrad）的团队还在定量地揭示电场如何在原子水平上与晶界相互作用。

关于“氧化锆（3y-tzp）的太空和谷物边界能源”的作品，即美国陶瓷学会杂志即将发表。。