近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院鐘玉潔副教授以第一作者、西安石油大學(xué)為第一單位分別在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《Acta Materialia》（IF 9.4）和復(fù)合材料權(quán)威期刊《Composite part B》（IF 13.1）上在線發(fā)表了題為“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。
氧化鋁基陶瓷熔點(diǎn)高，硬度大，耐磨損，是一種極有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料，但是傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)法所制備的陶瓷存在非晶相、晶界等諸多晶體缺陷，大大降低了其在高溫下的強(qiáng)度和斷裂韌性，限制了其應(yīng)用。針對上述問題，鐘玉潔采用定向凝固技術(shù)成功制備了Al2O3/(Y0.2Er0.2Yb0.2Ho0.2Lu0.2)3Al5O12((5Re0.2)AG)/ZrO2三元單晶共晶低熵/高熵陶瓷。Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷由單晶相Al2O3、(5Re0.2)AG高熵相和c-ZrO2組成，三相相互滲透，犬牙交錯。與Al2O3/YAG/ZrO2共晶陶瓷相比，(5Re0.2)AG高熵相的引入，改變了共晶陶瓷的各組元之間的界面取向關(guān)系，有效調(diào)節(jié)了增韌相c-ZrO2的形貌和分布，使其彌散均勻地分布在Al2O3、(5Re0.2)AG中，并以細(xì)圓棒的形式存在于兩者之間。ZrO2分布均勻，以及高熵效應(yīng)帶來的組織細(xì)化，極大地提高了陶瓷的納米/維氏硬度、彈性模量和斷裂韌性等力學(xué)性能（如圖1所示）。該研究結(jié)果提供了一種結(jié)構(gòu)材料中調(diào)變增韌相形貌和分布的方法。
圖1 Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2和Al2O3/YAG/ZrO2三元共晶復(fù)合材料的形貌和力學(xué)性能比較
Al2O3基單晶共晶陶瓷的力學(xué)性能具備各向異性。鐘玉潔等人進(jìn)一步采用籽晶誘導(dǎo)法，成功制備了具有不同擇優(yōu)生長方向和界面結(jié)構(gòu)的Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷。其中Al2O3與藍(lán)寶石籽晶擇優(yōu)方向一致。氧化鋁與(5Re0.2)AG、c-ZrO2相之間的界面關(guān)系約束了(5Re0.2)AG、ZrO2相的擇優(yōu)取向。最終得到了擇優(yōu)取向和界面關(guān)系不同的Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷，其力學(xué)性能也取得顯著提升（如圖2所示）。
圖2 籽晶法制備Al2O3/(5Re0.2)AG/ZrO2共晶陶瓷的擇優(yōu)取向和界面關(guān)系模擬圖（左圖）和氧化鋁基共晶陶瓷力學(xué)性能對比圖（右圖）
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119369
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111016
