項目名稱：    陶瓷相變與韌化及相關基礎研究

推薦單位：    黑龍江省

項目簡介：    本項目屬于材料科學與技術領域，無機非金屬材料學科先進陶瓷材料專業方向的基礎性研究。主要內容包括ZrO2基陶瓷相變機理，ZrO2、Al2O3、Si3N4及sialon復合材料的韌化機理及相關基礎研究成果。

一、ZrO2基陶瓷相變研究：率先深入研究并首先系統闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴散型相變、c-t無擴散型相變及t-m相變的過程機理與相變產物的微觀組織特征；在國內外首先報道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴散型相變產物中的兩種分別具有類L12和類L10結構的新相，并確定出其原子結構模型及形成機理。

二、ZrO2、Al2O3基陶瓷材料的韌化機理與工藝研究：提出了相變韌化，微裂紋韌化及殘余應力韌化等多重復合韌化機理及其晶粒尺寸效應的理論。揭示了晶須和ZrO2協同韌化作用，使ZrO2基陶瓷材料的力學性能達到了同類材料目前公開報導的最高水平。

三、Si3N4與Sialon復合材料及α-Sialon自韌化研究：成功實現了Si3N4的第二相強化和α-Si3N4棒晶的原位強化，通過工藝及成分的優化促進晶間相的完全晶化，顯著提高了復合材料的高溫性能。系統研究了成分、摻雜稀土的類型及燒結工藝對α-Sialon晶粒形貌的影響規律。在國際上首先將玻璃陶瓷添加到sialon陶瓷中,成功實現了材料制備過程中玻璃陶瓷促進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基結構復合材料研究：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與基體中裂紋擴展的交互作用韌化機理，提出結構陶瓷韌化的新途徑。

本研究成果出版專著《陶瓷材料學》并在J. Am. Ceram. Soc.，J. Mater. Res.等國際國內著名刊物上發表論文110余篇，被國內外學者引用近470余次，SCI收錄50篇，EI收錄37篇。英國學者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。

主要發現點：  1. 率先系統闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴散型相變、c-t無擴散型相變及t-m相變的過程機理與相變產物的微觀組織特征；在國內外首先報道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴散型相變產物中的兩種分別具有類L12和類L10結構新的有序結構相，并確定出其原子結構模型及形成機理；進而豐富了陶瓷相變理論；(材料的組織、結構、缺陷與性能科學)(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力韌化等多重復合韌化機理及其晶粒尺寸效應理論，使材料強度與韌性同時大幅度提高;(結構陶瓷學；材料的組織、結構、缺陷與性能科學)(代表性論文5)

3. 揭示了晶須和ZrO2及片晶和Si3N4的協同強韌化作用及其機理，使ZrO2和Si3N4 基復合材料的強度和韌性同時大幅度提高, 達到了同類材料目前公開報導的最高水平。 (結構陶瓷學；無機非金屬基復合材料)(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,成功實現了材料制備過程中玻璃陶瓷促進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致其高溫性能顯著下降的難題。實現了材料的自韌化, 大幅度提高材料的高溫力學性能, 具有國際領先水平； (結構陶瓷學；無機非金屬基復合材料)(代表性論文6)

5. 首次發現時效過程中自韌α-sialon陶瓷中的發生相晶粒由棒狀 等軸狀的轉變而導致材料力學性能的顯著下降, 為α-sialon的結構熱穩定的研究提出了新的方向。 (結構陶瓷學；材料的組織、結構、缺陷與性能科學)(代表性論文7)

6. 提出采用壓電LiTaO3顆粒增韌Al2O3結構陶瓷的新途徑，揭示了壓電陶瓷顆粒中鐵電相變及電疇翻轉與基體中裂紋擴展的交互作用韌化機理。 (結構陶瓷學；無機非金屬基復合材料)(代表性論文8)

主要完成人：  1.   周玉

整個項目研究的總體負責人，主要貢獻：方案設計和整體負責，特別在主要發現點1、2和3做出了創造性的貢獻。深入研究并首先系統闡明了ZrO2基陶瓷c-t擴散型相變的過程機理及相變產物微觀結構；建立了c-t無擴散相變原子位移模型，給出原子位移方向、電子衍射強度與孿晶變體的對應關系，并得到試驗證實；闡明了上述陶瓷中t-m相變的形核與長大機制及轉變動力學，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力韌化等多重機制復合韌化機理和不同尺寸晶粒產生不同韌化機制的理論，使氧化鋯基陶瓷ZrO2(Y2O3)的強度韌性同時大幅度提高。在該項研究中的工作量占本人工作量的70%。

2.   雷廷權

項目的主要負責人。在主要發現點1、2和3做出了創造性的貢獻，系統闡明了ZrO2-Y2O3(CeO2)陶瓷中c-t擴散型相變、c-t無擴散型相變及t-m相變的過程機理與相變產物的微觀組織特征；揭示了晶須和ZrO2及片晶和Si3N4的協同強韌化作用及其機理，使ZrO2和Si3N4 基復合材料的強度和韌性同時大幅度提高, 達到了同類材料目前公開報導的最高水平。在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

3.   葉楓

項目的主要負責人，在主要發現點4和5做出了創造性的貢獻。在國際上首先將玻璃陶瓷添加到sialon陶瓷中,成功實現了材料制備過程中玻璃陶瓷促進 -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致其高溫性能顯著下降的難題。實現了材料的自韌化, 大幅度提高材料的高溫力學性能, 具國際領先水平；發現時效過程中自韌 -sialon陶瓷中的發生 相晶粒由棒狀等軸狀的轉變而導致材料力學性能的顯著下降, 為 -sialon的結構熱穩定的研究提出了新的方向。在該項研究中的工作量占本人工作量的70%。

4.   林廣涌

主要負責ZrO2基陶瓷的第二相強韌化，在主要發現點3做出了創造性的貢獻。揭示了晶須與ZrO2的復合韌化作用及其機理，使ZrO2基材料的力學性能大幅度提高, 達到了同類材料公開報導的最高水平。在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

5.   饒建存

主要負責ZrO2基陶瓷的相變微結構的電鏡分析，在主要發現點1做出了創造性的貢獻。在國內外首先發現并報道了ZrO2-Y2O3陶瓷的c-t擴散型相變產物中的兩種分別具有類L12和類L10結構新的有序結構相，并確定出其原子結構模型及形成機理，豐富了陶瓷相變理論；在該項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》，科學出版社