AFM: 两步烧结策略制备超均匀纳米晶体材料

雨辰

2020-10-12

纳米晶材料具有优良的性能，引起研究人员极大的兴趣。关于获得纳米颗粒的讨论很多，但是关于保持颗粒粒度均匀性(这是可靠性的关键)所知甚少。一个特别有趣的问题是，是否有可能实现比Hillert理论上预测的正常晶粒生长窄的尺寸分布，这是通过Lifshitz，Slyozov，Wagner的广义均值场理论提出的，但在实践中从未观察到。

有鉴于此，兰州大学李建功教授、麻省理工学院李巨教授、宾夕法尼亚大学I‐Wei Chen等人，首次提出超均匀纳米晶材料的概念，并进行了系统的理论分析和实验论证。

本文要点

1）按照合理设计的两步烧结路线，在块状材料中，利用中间烧结阶段的大生长指数，尽管有残余气孔，但仍可形成均匀的微观结构，并在随后冻结晶粒生长，同时继续致密化，以达到完全致密。由此获得的氧化铝陶瓷体密度平均晶粒尺寸为34纳米，其尺寸分布比Hillert的预测要窄得多。

2）由于两步烧结法中的第一步烧结能够获得相对密度70-85%的多孔样品，此时晶粒生长指数高，微结构均匀性好，在第二步烧结过程中，由于晶界迁移未被激活，烧结体仅通过晶界扩散实现致密化，而不发生晶粒长大。这使得材料在保留均匀性的前提下能够实现完全致密化，即完美地兼顾了致密化和均匀性。

3）在Al₂O₃、难熔金属（Mo单质和90W-10Re合金）、复杂氧化物（核壳结构BaTiO3和多组分固溶体0.87BaTiO3-0.13Bi(Zn2/3(Nb0.85Ta0.15)1/3)O3）等多个体系中均制备得到了致密均匀的纳米晶、超细晶材料。

参考文献：

Yanhao Dong et al. Ultra‐Uniform Nanocrystalline Materials via Two‐Step Sintering. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202007750

https://doi.org/10.1002/adfm.202007750