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电场辅助动态热锻制备超高韧3YSZ陶瓷

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易脆这一固有特性极大限制了高性能陶瓷材料在工业领域的广泛应用.本文通过电场辅助动态热锻制备超高韧 3YSZ陶瓷,研究在电场和动态力场耦合作用下 3YSZ陶瓷的微结构演化和力学性能.结果表明:在 1 000℃的恒定炉温、20 V/cm的电场强度、140 mA/mm2 的电流密度和(50±10)MPa的动态压力下热锻 10 min后,3YSZ陶瓷的维氏硬度和断裂韧性分别达到了(12.40±0.58)GPa和(10.69±0.33)MPa·m1/2,相较传统烧结陶瓷分别提高了 11.5%和 54.9%.韧性的显著提升主要是由于电场辅助动态热锻降低了 3YSZ陶瓷中四方相的稳定性,使其在外力诱导时更易发生相变,从而有效抑制裂纹的扩展.电场辅助动态热锻技术具有无需添加增强相和增韧效果显著的优势,为高性能 3YSZ陶瓷材料的增韧提供了新路径.
Electric field assisted dynamic hot forging preparation of 3YSZ ceramic with ultrahigh toughness
The inherent brittleness greatly limits the wide application of high performance ceramic materials in the industrial field.In this paper,ultrahigh toughness 3YSZ ceramics were prepared by electric field assisted dynamic hot forging.The microstructure evolution and mechanical properties of 3YSZ ceramics under the coupling of electric field and dynamic force field were studied.The results show that:under the conditions hot forging for 10 min at a constant furnace temperature of 1 000℃,electric field strength of 20 V/cm,current density of 140 mA/mm2,and dynamic pressure of(50±10)MPa,the Vickers hardness and fracture toughness of 3YSZ ceramic reache(12.40±0.58)GPa and(10.69±0.33)MPa·m1/2,respectively,which increase 11.5%and 54.9%compared with the conventional sintered ceramic.The remarkable improvement of toughness mainly due to the stability of the tetragonal phase in 3YSZ ceramics reduced by electric field assisted dynamic hot forging,which makes it easier to undergo phase transformation when induced by external force,so as to effectively inhibit crack propagation.Electric field assisted dynamic hot forging technology has the advantages of no need to add reinforcement phase and remarkable toughening effect,which provides a new path for toughening high performance 3YSZ ceramic materials.

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张渤涛、姚曙、范建业、赵科、刘金铃、刘佃光

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西南交通大学 材料科学与工程学院,成都 610031

西南交通大学 力学与航空航天学院,成都 611756

电场 动态热锻 氧化锆 韧性 相变增韧

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2024

10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024032

粉末冶金材料科学与工程
中南大学

粉末冶金材料科学与工程

影响因子：0.578
ISSN：1673-0224
年,卷(期)：2024.29(4)