北卡州立大学的研究可能会彻底改变陶瓷制造

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种利用适度电场来塑造陶瓷的新方法，使这一过程大大提高了能源效率。与传统的制造方法相比，该工艺将大大节省陶瓷制造的成本。

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。

争论的焦点是在晶体材料(如陶瓷)中发现的晶体缺陷。“其中一种缺陷被称为晶界，这是具有不同方向排列的原子的晶体在材料中相遇的地方，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程荣誉退休教授、该研究的合著者汉斯·康拉德博士说。这些边界有电荷。

“我们发现，如果我们在材料上施加电场，它会与晶界处的电荷相互作用，使晶体更容易沿着这些边界相互滑动。这使得材料更容易变形。”换句话说，这种材料会变得超塑性——所以陶瓷可以用少量的力塑造成理想的形状。

康拉德说:“我们发现，如果施加适度的电场，你可以将使陶瓷材料变形所需的力降低到基本上为零。”“我们说的是每厘米25到200伏之间的电压，所以传统的墙壁插座的电力对某些应用来说是足够的。”

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的陶瓷防弹衣。”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“外加直流电场对氧化物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由美国陆军研究办公室资助。该研究由康拉德和北卡罗来纳州立大学高级研究员杨迪博士共同撰写。

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-

致编辑: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，杨迪，北卡罗莱纳州立大学

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MgO、Al2O3和钇稳定的四方ZrO2 (Y-TZP)三种多晶氧化物在高温下的拉伸流动应力。Y-TZP中流动应力的降低由三个部分组成:(i)由于焦耳加热，(ii)在开关和电场阶梯试验中获得的快速可逆部分，以及(iii)场对微观结构的累积效应。在MgO和Al2O3中只发生了焦耳加热和快速可逆组分的反应。结果表明，快速可逆组分的产生是由于控制速率的离子在晶界空间电荷中扩散而导致空位形成的电化学电位降低所致。计算得到的空间电荷区宽度大小及其对温度和溶质组成的依赖性与理论和实验结果一致。电场对微观组织的累积效应主要是由于电场对晶粒生长的阻滞作用。延迟可能是由于电场对空间电荷区的一种或多种以下影响:(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。