項(xiàng)目名稱：    陶瓷相變與韌化及相關(guān)基礎(chǔ)研究

推薦單位：    黑龍江省

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：    本項(xiàng)目屬于材料科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，無機(jī)非金屬材料學(xué)科先進(jìn)陶瓷材料專業(yè)方向的基礎(chǔ)性研究。主要內(nèi)容包括ZrO2基陶瓷相變機(jī)理，ZrO2、Al2O3、Si3N4及sialon復(fù)合材料的韌化機(jī)理及相關(guān)基礎(chǔ)研究成果。

一、ZrO2基陶瓷相變研究：率先深入研究并首先系統(tǒng)闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴(kuò)散型相變、c-t無擴(kuò)散型相變及t-m相變的過程機(jī)理與相變產(chǎn)物的微觀組織特征；在國內(nèi)外首先報(bào)道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴(kuò)散型相變產(chǎn)物中的兩種分別具有類L12和類L10結(jié)構(gòu)的新相，并確定出其原子結(jié)構(gòu)模型及形成機(jī)理。

二、ZrO2、Al2O3基陶瓷材料的韌化機(jī)理與工藝研究：提出了相變韌化，微裂紋韌化及殘余應(yīng)力韌化等多重復(fù)合韌化機(jī)理及其晶粒尺寸效應(yīng)的理論。揭示了晶須和ZrO2協(xié)同韌化作用，使ZrO2基陶瓷材料的力學(xué)性能達(dá)到了同類材料目前公開報(bào)導(dǎo)的最高水平。

三、Si3N4與Sialon復(fù)合材料及α-Sialon自韌化研究：成功實(shí)現(xiàn)了Si3N4的第二相強(qiáng)化和α-Si3N4棒晶的原位強(qiáng)化，通過工藝及成分的優(yōu)化促進(jìn)晶間相的完全晶化，顯著提高了復(fù)合材料的高溫性能。系統(tǒng)研究了成分、摻雜稀土的類型及燒結(jié)工藝對(duì)α-Sialon晶粒形貌的影響規(guī)律。在國際上首先將玻璃陶瓷添加到sialon陶瓷中,成功實(shí)現(xiàn)了材料制備過程中玻璃陶瓷促進(jìn)α-sialon棒晶的原位生成和自身的完全晶化，解決了sialon陶瓷中殘留玻璃相導(dǎo)致其高溫性能顯著下降的難題，提高材料的使用溫度。

四、LiTaO3壓電陶瓷增韌Al2O3基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料研究：率先將LiTaO3顆粒加入Al2O3基體中，揭示了壓電陶瓷顆粒中鐵電相變及電疇翻轉(zhuǎn)與基體中裂紋擴(kuò)展的交互作用韌化機(jī)理，提出結(jié)構(gòu)陶瓷韌化的新途徑。

本研究成果出版專著《陶瓷材料學(xué)》并在J. Am. Ceram. Soc.，J. Mater. Res.等國際國內(nèi)著名刊物上發(fā)表論文110余篇，被國內(nèi)外學(xué)者引用近470余次，SCI收錄50篇，EI收錄37篇。英國學(xué)者W. E. Lee也將該相變研究成果寫入他的專著中。Ceramics International雜志論文中的圖片作為該雜志的封面。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  1. 率先系統(tǒng)闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴(kuò)散型相變、c-t無擴(kuò)散型相變及t-m相變的過程機(jī)理與相變產(chǎn)物的微觀組織特征；在國內(nèi)外首先報(bào)道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴(kuò)散型相變產(chǎn)物中的兩種分別具有類L12和類L10結(jié)構(gòu)新的有序結(jié)構(gòu)相，并確定出其原子結(jié)構(gòu)模型及形成機(jī)理；進(jìn)而豐富了陶瓷相變理論；(材料的組織、結(jié)構(gòu)、缺陷與性能科學(xué))(代表性論文1、2、3、4)

2. 率先提出了ZrO2(Y2O3)陶瓷相變韌化、微裂紋韌化及殘余應(yīng)力韌化等多重復(fù)合韌化機(jī)理及其晶粒尺寸效應(yīng)理論，使材料強(qiáng)度與韌性同時(shí)大幅度提高;(結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；材料的組織、結(jié)構(gòu)、缺陷與性能科學(xué))(代表性論文5)

3. 揭示了晶須和ZrO2及片晶和Si3N4的協(xié)同強(qiáng)韌化作用及其機(jī)理，使ZrO2和Si3N4 基復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性同時(shí)大幅度提高, 達(dá)到了同類材料目前公開報(bào)導(dǎo)的最高水平。 (結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；無機(jī)非金屬基復(fù)合材料)(代表性論文9)

4. 在國際上首先將玻璃陶瓷添加到sialon陶瓷中,成功實(shí)現(xiàn)了材料制備過程中玻璃陶瓷促進(jìn)α-sialon棒晶的原位生成和自身的完全晶化，圓滿地解決了sialon陶瓷中殘留玻璃相導(dǎo)致其高溫性能顯著下降的難題。實(shí)現(xiàn)了材料的自韌化, 大幅度提高材料的高溫力學(xué)性能, 具有國際領(lǐng)先水平； (結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；無機(jī)非金屬基復(fù)合材料)(代表性論文6)

5. 首次發(fā)現(xiàn)時(shí)效過程中自韌α-sialon陶瓷中的發(fā)生相晶粒由棒狀 等軸狀的轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致材料力學(xué)性能的顯著下降, 為α-sialon的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定的研究提出了新的方向。 (結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；材料的組織、結(jié)構(gòu)、缺陷與性能科學(xué))(代表性論文7)

6. 提出采用壓電LiTaO3顆粒增韌Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的新途徑，揭示了壓電陶瓷顆粒中鐵電相變及電疇翻轉(zhuǎn)與基體中裂紋擴(kuò)展的交互作用韌化機(jī)理。 (結(jié)構(gòu)陶瓷學(xué)；無機(jī)非金屬基復(fù)合材料)(代表性論文8)

主要完成人：  1.   周玉

整個(gè)項(xiàng)目研究的總體負(fù)責(zé)人，主要貢獻(xiàn)：方案設(shè)計(jì)和整體負(fù)責(zé)，特別在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1、2和3做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。深入研究并首先系統(tǒng)闡明了ZrO2基陶瓷c-t擴(kuò)散型相變的過程機(jī)理及相變產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)；建立了c-t無擴(kuò)散相變?cè)�子位移模型，給出原子位移方向、電子衍射強(qiáng)度與孿晶變體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并得到試驗(yàn)證實(shí)；闡明了上述陶瓷中t-m相變的形核與長大機(jī)制及轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)，給出了TTT圖，豐富了陶瓷相變理論；提出了相變韌化，微裂紋韌化及殘余應(yīng)力韌化等多重機(jī)制復(fù)合韌化機(jī)理和不同尺寸晶粒產(chǎn)生不同韌化機(jī)制的理論，使氧化鋯基陶瓷ZrO2(Y2O3)的強(qiáng)度韌性同時(shí)大幅度提高。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的70%。

2.   雷廷權(quán)

項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人。在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1、2和3做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)，系統(tǒng)闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴(kuò)散型相變、c-t無擴(kuò)散型相變及t-m相變的過程機(jī)理與相變產(chǎn)物的微觀組織特征；揭示了晶須和ZrO2及片晶和Si3N4的協(xié)同強(qiáng)韌化作用及其機(jī)理，使ZrO2和Si3N4 基復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性同時(shí)大幅度提高, 達(dá)到了同類材料目前公開報(bào)導(dǎo)的最高水平。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的60%。

3.   葉楓

項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4和5做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。在國際上首先將玻璃陶瓷添加到sialon陶瓷中,成功實(shí)現(xiàn)了材料制備過程中玻璃陶瓷促進(jìn) -sialon棒晶的原位生成和自身的完全晶化，圓滿地解決了sialon陶瓷中殘留玻璃相導(dǎo)致其高溫性能顯著下降的難題。實(shí)現(xiàn)了材料的自韌化, 大幅度提高材料的高溫力學(xué)性能, 具國際領(lǐng)先水平；發(fā)現(xiàn)時(shí)效過程中自韌 -sialon陶瓷中的發(fā)生 相晶粒由棒狀等軸狀的轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致材料力學(xué)性能的顯著下降, 為 -sialon的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定的研究提出了新的方向。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的70%。

4.   林廣涌

主要負(fù)責(zé)ZrO2基陶瓷的第二相強(qiáng)韌化，在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。揭示了晶須與ZrO2的復(fù)合韌化作用及其機(jī)理，使ZrO2基材料的力學(xué)性能大幅度提高, 達(dá)到了同類材料公開報(bào)導(dǎo)的最高水平。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的60%。

5.   饒建存

主要負(fù)責(zé)ZrO2基陶瓷的相變微結(jié)構(gòu)的電鏡分析，在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。在國內(nèi)外首先發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴(kuò)散型相變產(chǎn)物中的兩種分別具有類L12和類L10結(jié)構(gòu)新的有序結(jié)構(gòu)相，并確定出其原子結(jié)構(gòu)模型及形成機(jī)理，豐富了陶瓷相變理論；在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的55%。

10篇代表性論文：  1.   Diffusionless Cubic-to- Tetragonal Transition and Microstructural Evolution in Sintered Zirconia-Yttria Ceramics. /Journal of American Ceramic Socity

2.   Diffusional Cubic-to- Tetragonal Phase Trans- formation and Microstructural Evolution in ZrO2-Y2O3 Ceramics./Journal of Materials Science

3.   L12 - and L10-Like Cation-Ordered Structures in ZrO2-Y2O3 Ceramics./Journal of Materials Research

4.   Kinetics of Isothermal Transition from Tetragonal to Monoclinic Phase in ZrO2 (3mol%Y2O3) Ceramic./ Materials Chemistry and Physical

5.   Microstructure and Mechanical Properties of ZrO2-2mol%Y2O3 Ceramics. /Ceramics International

6.   Self-Reinforced Y-a-Sialon Ceramics with Barium Aluminosilicate as an Additive. /Journal of Materials Research

7.   Effect of the Amount of Additives and Post-Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Yttrium-α-Sialon Ceramics. /Journal of America Ceramic Society

8.   Microstructure and Mechanical Properties of a Lithium Tantalate-Dispersed- Alumina Ceramic Composite. /Ceramics International

9.   Microstructure and Mecha- nical Properties of SiC Whiskers Reinforced ZrO2 (2mol%Y2O3) Based Composites. /Ceramics International

10.  專著《陶瓷材料學(xué)》，科學(xué)出版社