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高技术陶瓷组件的探针FAST加工
2017-03-09

【据SAE国际2017年2月20日报道】普渡大学研究人员正在研究电场辅助烧结技术(FAST)背后的基本原理,该技术施加一个电场以增强陶瓷烧结,减少成本的同时极大提升制造工艺的速度。特别地,团队正面向一系列军用和民用目的寻求提升高技术陶瓷组件的制造。这些组件制造起来很昂贵,因为它们传统上由粉末在1500°C烧结或熔融数小时形成。FAST则是闪电烧结,只需要几秒,并且将加工温度减少50%,约800°C。

该项目于1月正式启动,是由海军研究办公室支持的,项目经费300万美元,持续4年。掌握FAST工艺背后的机理可以加速大尺度陶瓷烧结工艺的商业开发。同样的机理也可以用于闪电烧结之外的领域,如可充电锂离子电池和燃料电池,离子在整个功能中扮演关键角色。

对普渡大学的研究至关重要的工具称作原位透射电镜和原位扫描电镜。该技术运行研究人员看到在烧结时,陶瓷材料的原子尺度晶体结构发生了什么。晶体结构由直径100nm的多面微粒组成,常规光学显微镜难以看到。研究人员将对工艺实时录像。

尽管陶瓷是电绝缘的,但也可传导离子或放电原子。这个离子流足以在比原先所需低很多的温度烧结材料。离子从陶瓷晶体栅格结构上跳跃。如果氧原子从晶体栅格上缺失,一个正电荷将产生,吸引负的放电离子。研究人员正研究陶瓷中称作“氧化钇稳定的氧化锆”的现象,以及两个其它陶瓷在其晶体结构中拥有大量“氧空缺”。

研究团队设立了三个目标:掌握电场和物质在加工状态下的相互作用;为科学和工程提供理论和软件;为材料工程师在制造设置中使用而开发规则和指南。此外,成果可进行挖掘并用机器学习手段以用来生成预测性模型,这将帮助工程师和技术人员选择正确的材料。研究还将关注电迁移的现象,它可影响电子器件的性能.(中国航空工业发展研究中心  刘亚威)

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