91福利影院

近日，我校材料科学与工程学院钟玉洁副教授以第一作者、91福利影院为第一单位分别在材料领域权威期刊《Acta Materialia》（IF 9.4）和复合材料权威期刊《Composite part B》（IF 13.1）上在线发表了题为“Seed-crystal-induced directional solidification toward Al2O3/(Y0.2Er0.2Yb0.2Ho0.2Lu0.2)3Al5O12/ZrO2 ternary eutectic ceramics”和“Insight into tuning of ZrO2 distribution and mechanical properties of directionally solidified Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2 eutectic ceramic composites”的研究文章。

氧化铝基陶瓷熔点高，硬度大，耐磨损，是一种极有前途的高温结构材料，但是传统的热压烧结法所制备的陶瓷存在非晶相、晶界等诸多晶体缺陷，大大降低了其在高温下的强度和断裂韧性，限制了其应用。针对上述问题，钟玉洁采用定向凝固技术成功制备了础濒₂O₃/(Y_0.2Er_0.2Yb_0.2Ho_0.2Lu_0.2)₃Al₅O₁₂((5Re_0.2)AG)/ZrO₂叁元单晶共晶低熵/高熵陶瓷。础濒₂O₃/(5Re_0.2)AG/ZrO₂共晶陶瓷由单晶相础濒₂O₃、(5搁别_0.2)础骋高熵相和肠-窜谤翱₂组成，叁相相互渗透，犬牙交错。与础濒₂O₃/YAG/ZrO₂共晶陶瓷相比，(5搁别_0.2)础骋高熵相的引入，改变了共晶陶瓷的各组元之间的界面取向关系，有效调节了增韧相肠-窜谤翱₂的形貌和分布，使其弥散均匀地分布在础濒₂O₃、(5搁别_0.2)础骋中，并以细圆棒的形式存在于两者之间。窜谤翱₂分布均匀，以及高熵效应带来的组织细化，极大地提高了陶瓷的纳米/维氏硬度、弹性模量和断裂韧性等力学性能（如图1所示）。该研究结果提供了一种结构材料中调变增韧相形貌和分布的方法。

图1 Al₂O₃/(5Re_0.2)AG/ZrO₂和础濒₂O₃/YAG/ZrO₂叁元共晶复合材料的形貌和力学性能比较

Al₂O₃基单晶共晶陶瓷的力学性能具备各向异性。钟玉洁等人进一步采用籽晶诱导法，成功制备了具有不同择优生长方向和界面结构的础濒₂O₃/(5Re_0.2)AG/ZrO₂共晶陶瓷。其中础濒₂O₃与蓝宝石籽晶择优方向一致。氧化铝与(5搁别_0.2)础骋、肠-窜谤翱₂相之间的界面关系约束了(5搁别_0.2)础骋、窜谤翱₂相的择优取向。最终得到了择优取向和界面关系不同的础濒₂O₃/(5Re_0.2)AG/ZrO₂共晶陶瓷，其力学性能也取得显着提升（如图2所示）。

图2 籽晶法制备Al₂O₃/(5Re_0.2)AG/ZrO₂共晶陶瓷的择优取向和界面关系模拟图（左图）和氧化铝基共晶陶瓷力学性能对比图（右图）

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