Thermal Runaway, Flash Sintering and Asymmetrical Microstructural Development of ZnO and ZnO-Bi2O3 under Direct Currents
DC闪速烧结纯的和0.5mol. % Bi_2O_3掺杂的ZnO在300 V/cm的相对高的激活电场下进行了研究。结果表明，即使是高纯度的ZnO单晶也可以在870 ℃下“闪光”。相比之下，闪速烧结发生在一个显着较低的起始温度为550 ℃的ZnO粉末试样，表明表面和/或晶界的重要作用。已经开发了一个模型来预测的热失控的条件和预测是在良好的协议与观察到的起始闪光温度，证明闪光开始作为热失控至少在这些ZnO为基础的系统。有趣的是，增强晶粒生长观察到在阳极侧的纯ZnO试样的晶粒尺寸的突然变化，表明发生的电势诱导的异常晶粒生长。在大电流密度下，ZnO粉末样品中的六方单晶棒明显地向阳极方向生长。此外，Bi2O3掺杂推迟了闪速烧结的开始，这可以从在晶界处形成空间电荷来解释，并且由于液相烧结效应，它使微观结构均匀化。本研究的主要科学贡献包括一个模型的开发，以预测与所观察到的起始闪光烧结温度相一致的热失控条件，澄清如何闪光开始在ZnO为基础的标本，以及观察和解释的多样化现象的烧结和显微结构的发展下施加电流。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
A discrete nonlinear mass transfer equation with applications in solid-state sintering of ceramic materials
材料中晶粒结构的演化是一个复杂的多尺度过程，决定了材料的最终性能。了解晶粒生长的动力学是控制这一过程的关键因素。我们提出了一种唯象的方法，基于一个非线性的，离散的质量传递方程的任意初始晶粒尺寸分布的演变。跨晶粒的质量传递的过渡速率被假定为遵循阿克里尼乌斯定律，但活化能取决于每个晶粒的非晶化程度。我们认为，活化能的大小控制最终（烧结）的晶粒尺寸分布，我们验证了这一预测通过数值模拟的一维颗粒聚集体中的传质。
2005-10-10 cond-mat.mtrl-sci
A cylindrical sintering method for more realistic grain boundaries in nanocrystalline thin films
Institute of Physics of Materials, The Czech Academy of Sciences（材料物理研究所，捷克科学院）；Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学，数学与物理学院）
本文提出圆柱烧结方法生成具有更宽无序晶界的纳米晶铝薄膜样品，相比Voronoi方法更真实，且力学性能更低，并发现几何与势函数影响独立可加，存在反Hall-Petch关系。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-uniform Nanocrystalline Materials via Two-Step Sintering
具有<100 nm晶粒尺寸和优异性能的纳米晶体金属和陶瓷（例如，机械强度、硬度、断裂韧性和存储的介电能量）是非常重要的。关于实现纳米晶粒已经讨论了很多，但是对于保持对材料可靠性至关重要的晶粒尺寸均匀性知之甚少。一个特别有趣的问题是，是否有可能获得比Hillert[1]理论上预测的正常晶粒生长更窄的粒度分布，这是Lifshitz、Slyozov、Wagner（LSW）[3，4]和Hillert的广义平均场论[2]提出的一种可能性，但在实践中从未实现。我们证明，这可以实现在散装材料与适当设计的两步烧结路线，（a）利用在中间烧结阶段的大生长指数，以形成最均匀的微观结构，尽管孔隙率剩余，和（b）冻结的晶粒生长，同时继续致密化，以达到全密度。所得的致密块状Al 2 O3陶瓷具有34 nm的平均晶粒尺寸和比Hillert的预测窄得多的尺寸分布。使用这种策略还证明了粒度分布比起始粉末的粒度分布更窄的块体Al 2 O3，以及高度均匀的高纯度和高熔点（Mo和W-Re）或高度复杂成分（核-壳BaTiO 3和0.87BaTiO 3 -0.13Bi（Zn 2/3（Nb0.85Ta0.15）1/3）O3）的块体工程金属和陶瓷。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci
A comprehensive study on the processing of Co:ZnO ceramics: defect chemistry engineering and grain growth kinetics
在这份报告中，我们提出了一个系统的研究，通过标准的固态路线从不同的Co前体（Co3O4，CoO和金属Co）和气氛（O2和Ar）的Co：ZnO陶瓷的制备。特别强调的缺陷化学工程和烧结生长动力学。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，计算了ZnO和Co：ZnO体系中主要点缺陷的形成能.在此基础上提出了一组化学反应。进行了详细的微观结构表征，以确定的程度的Co纳入ZnO晶格。在Ar气氛中制备的样品和从金属Co呈现最高的Co溶解度极限（较低的表观Co掺入活化能），由于不一致的ZnO分解。烧结生长动力学参数的测定表明，Co3O4是最好的烧结添加剂，以实现在两种烧结气氛中的更高的密度。结果表明，在氧气气氛中烧结有利于促进ZnO结构中锌空位的形成，而在氩气气氛中烧结则有利于锌间隙缺陷的形成。我们的研究结果提供了有价值的贡献的理解的Co掺杂的ZnO陶瓷的制备和烧结生长动力学，这将允许提高在体和纳米尺度上的材料的处理的最先进的状态。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Phenomenological analysis of densification mechanism during spark plasma sintering of MgAl2O4
研究了MgAl 2 O 4粉末在1200 ~ 1300°C温度范围内的放电等离子烧结（SPS）。在致密化过程中观察到显著的晶粒生长。致密化速率总是表现出至少一个强的最小值，并在一个潜伏期后恢复。对烧结样品进行的透射电子显微镜调查从未发现元素晶粒中存在广泛的位错活动。SPS过程中所涉及的致密化机制是由非等温（调查的SPS运行的加热阶段）和等温方法（调查在给定的浸泡温度）。由界面反应步骤控制的串联{界面反应/O $^2$ -阴离子的晶格扩散}机制调节的晶界滑动控制致密化。零致密化率期间，检测到的所有浸泡温度，产生的困难退火的空缺，必要的致密化进行。在SPS过程中，晶界处的原子壁架的检测和尖晶石的化学计量的修改可能与在温度浸泡下退火空位的困难有关。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature stable refractory high-entropy nanoalloys with enhanced sinterability
纳米晶合金（纳米合金）易于晶粒生长。众所周知，晶界偏析和沉淀可以稳定纳米合金，但在高温下稳定化变得不那么有效，并且添加晶粒生长抑制剂通常会降低可烧结性。本文中，我们同时实现了一类基于MoNbTaTiW的耐火高熵纳米合金（RHENs）的改善的烧结性和优异的高温稳定性。通过行星式球磨和放电等离子体烧结制备了RHENs的块状颗粒，对于三种组合物，实现了93-96%的相对密度和50-100 nm的晶粒尺寸。例如，在1300 °C下烧结的Mo17.8Nb17.8Ta17.8Ti17.8W17.8Ni6Zr5获得约96%的相对密度，平均晶粒尺寸约为55 nm。此外，这些RHEN在1300 °C下表现出优异的稳定性。Ti17.8Nb17.8Mo17.8Ta17.8W17.8Ni6Zr5和Mo18.8Nb18.8Ta18.8Ti18.8W18.8Ni6<150 nm grain sizes with >在1300 ℃下退火5小时后均保持理论密度的96%。值得注意的是，在高熵MoNbTaTiW中添加Ni（一种用于难熔金属如W和Mo的活化烧结的众所周知的烧结助剂）可以促进烧结，同时保持高温稳定性以防止快速晶粒生长，这可以通过高熵晶界的假设效应来解释。这些RHEN具有纳米合金和超细晶粒金属所达到的最高温度稳定性。
2022-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the effect of the grain sizes on the dynamic strength of the fine-grained alumina ceramics obtained by Spark Plasma Sintering
本研究通过放电等离子烧结制备不同晶粒尺寸的细晶氧化铝陶瓷，采用分离式霍普金森压杆测试其动态强度，首次发现动态强度随晶粒尺寸呈非单调变化，峰值出现在晶粒约2.9-3微米时，亚微米区强度下降与烧结密度降低相关。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci
A general thermodynamically consistent phase-field-micromechanics model of sintering with coupled diffusion and grain motion
针对固态烧结相场模型中晶粒运动微观力学处理缺乏热力学一致性的问题，提出新型相场-微观力学烧结模型PFMMS，通过统一能量定律和变分原理推导控制方程，经基准验证其能准确捕捉应力分布、实现尺寸无关收缩应变并维持热力学平衡。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Dense and single-phase KTaO$_{3}$ ceramics obtained by spark plasma sintering
针对传统烧结因钾挥发难以制备致密单相KTaO$_{3}$陶瓷的问题，通过优化成分、温度和压力的放电等离子烧结技术，利用2 mol%钾过量成功制备出致密单相陶瓷，显著提升了低温介电常数且保持较高热导率。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Grain Growth Kinetics in (Cr,Mo,Ta,V,W)C1-δ High-Entropy Carbide Ceramics
Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Duke University（杜克大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究了火花等离子烧结过程中晶界移动对高熵碳化物微观结构控制的影响，通过实验确定了晶粒生长动力学与致密化行为的关系，揭示了温度对晶粒粗化和扩散动力学的影响。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
The sintering behavior of close packed spheres
利用数值模型研究了密排球的烧结行为。所研究的体系有体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积球（HCP）。烧结行为被认为是理想的，没有晶粒生长，直到达到全密度的所有系统。在烧结过程中，颗粒形状从球形变为十四面体，类似于Coble（R。L. Coble，J.Appl.Phys.32（1961）787）。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tuning the spontaneous exchange bias effect in La1.5Sr0.5CoMnO6 with sintering temperature
本研究通过改变烧结温度调控La1.5Sr0.5CoMnO6双钙钛矿的晶粒尺寸，发现自发交换偏置效应随平均晶粒尺寸增加而系统性增强，并从孔隙率和晶粒形貌对磁界面交换耦合的影响角度进行了讨论。
2024-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional non-isothermal phase-field modeling of microstructure evolution during selective laser sintering
预测选择性激光烧结（SLS）过程中的微观结构具有重要意义，它可以用有效的计算设计工具补充当前时间和成本昂贵的试错原理。然而，由于SLS过程中的复杂物理现象，模拟其微观结构演变仍然是一个巨大的挑战。本文采用三维有限元相场法对SLS单次扫描过程进行了模拟，揭示了SLS过程与显微组织的关系。我们使用了一个一致的非等温相场模型，包括各种物理（即部分熔化，孔隙结构的演变，扩散，晶界迁移，耦合传热），和粉末床和激光功率吸收的相互作用。初始粉层由离散元法生成。此外，我们在手稿中提出了一种新的算法模拟最小着色问题，并设法模拟一个系统的200粒颗粒跟踪使用低至8个非保守的序参量。所开发的模型被示出捕捉有趣的现象，这是无法访问的传统的等温模型。具体而言，应用该模型的不锈钢316 L粉末的SLS，我们确定的影响，激光功率和扫描速度的微观结构指标，包括孔隙率，表面形态，温度分布，晶粒几何形状，和致密化。我们进一步验证了孔隙率演化过程中的一阶动力学，并证明了所开发的模型在预测SLS过程中致密化因子与比能量输入的联系中的适用性。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature Spark Plasma Sintering of fine refractory composite powders core-shell: A case of the powders W@Ni
Lobachevsky University（洛巴切夫斯基大学）；A.A. Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院巴耶科夫冶金与材料科学研究所）
研究W@Ni粉体在低温SPS中的烧结机制，发现Coble蠕变是致密化关键，烧结温度影响W在Ni中的溶解度及二次相形成。
2026-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced strength-ductility combination by introducing bimodal grains structures in high-density oxide dispersion strengthened FeCrAl alloys fabricated by spark plasma sintering technology
本研究通过机械合金化与放电等离子烧结技术制备ODS FeCrAl合金，引入双峰晶粒结构，利用超高密度纳米氧化物与背应力强化机制，实现强度与塑性协同提升，为耐事故燃料包壳材料提供新方案。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci
The Impact of Inter-grain Phases on the Ionic Conductivity of LAGP Solid Electrolyte Prepared by Spark Plasma Sintering
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Université de Picardie Jules Verne（亚眠大学）；University of Warwick（华威大学）
本研究量化了不同放电等离子烧结条件下LAGP固体电解质中晶间相的3D形貌、成分对离子导电性的影响，发现680°C制备时无序Li9Al3(P2O7)3(PO4)2相主导晶间区域可实现最佳离子导电性。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain in the mesoscale kinetic Monte Carlo model for sintering
从微观结构模拟使用的介观尺度动力学蒙特卡罗（kMC）模型的固态烧结测量收缩应变进行了讨论。该模型使用数字化的离散位点（颗粒或孔隙位点）来表示微观结构。用于通过空位湮灭来模拟致密化的算法去除了晶界处的孤立孔隙位点，并使从空位延伸到烧结压坯表面的位点列塌陷，穿过最近晶粒的质心。使用这种算法，现有的已发表的kMC模型显示，产生各向异性的应变均匀粉末压坯的纵横比不同的单位。结果表明，线方向偏置收缩应变的紧凑尺寸的纵横比成比例。提出了一种新的算法，纠正这种偏见的应变，崩溃的列的方向是通过选择一个随机的样本面，随后在该面上的随机点作为端点的湮灭路径具有相等的概率。该算法在数学上和实验上表明，导致所有样品的各向同性应变，而不管它们的尺寸。最后，微观结构的演变被证明是相似的新的和旧的湮灭算法。
2014-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Retrainable physics-integrated neural differentiable modeling of sintering across material systems
University of Notre Dame（圣母大学）
提出可重训练的物理集成神经可微框架Sinter-PiNDiff，预测烧结中密度与晶粒尺寸演变，在多种材料上优于基线，支持稀疏数据预测与不确定性知情工艺选择。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Effect of interfacial Fe3O4 nanoparticles on the microstructure and mechanical properties of textured alumina densified by ultrafast high-temperature sintering
本文研究Fe3O4涂层对织构氧化铝在超快高温烧结下微观结构和力学性能的影响，发现Fe3O4诱发晶体学缺陷并促进塑性流动，使抗弯强度和断裂韧性分别提升至约287 MPa和7 MPa.m0.5。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility Transition at Grain Boundaries in Two-Step Sintered 8 mol% Yttria Stabilized Zirconia
晶粒生长的停滞通常归因于杂质偏析。氧化钇稳定的立方氧化锆没有证据任何偏析引起的减速，因为当晶粒尺寸增加超过一个数量级时，其晶粒生长服从抛物线定律。然而，将温度降低到1300 ℃以下会引发突然的减速，限制平均晶粒在1000 h内生长小于0.5 $μ$ m，尽管在约0.5 $μ$ m的细晶粒中赋予了相对大的驱动力。然而，在后一个样本中，出现了孤立的异常大颗粒口袋，以及异常小颗粒口袋。这种微观结构的分叉以前从未被观察到过，只能用不动的四晶粒结的不均匀分布来解释。两步烧结这些研究结果的影响进行了讨论。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Vacancy Creation and Annihilation on Grain Boundary Motion
空位与晶界（GB）的相互作用涉及材料中发生的许多过程，包括辐射损伤愈合、扩散蠕变和固态烧结。我们分析了一个模型，描述了一组过程中发生在GB中存在的非平衡，非均匀的空位浓度。这样的过程包括空位朝向、远离和穿过GB的扩散，空位在GB处的产生和吸收，以及GB迁移。在这个模型中的数值计算表明，不同的过程之间的耦合引起有趣的现象，如空位驱动的GB运动和加速空位产生/吸收由于GB运动。通过线性稳定性分析的模型参数，控制的动力学制度的空位GB相互作用的关键组合。可能的应用和扩展的模型进行了讨论。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Gauging Structural Aspects of ZnO nano-Crystal Growth ThroughX-ray Diffraction Studies and PAC
溶胶-凝胶为基础的纳米晶体ZnO材料的结构表征被报道，因为我们观察到一些以前未报道的结构方面以下的一系列退火阶段。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR），其特征在于生长的样品。通过能量色散X射线（EDAX）分析和透射电子显微镜（TEM）监测纳米颗粒的化学纯度及其结晶度，而通过X射线衍射方法研究了纳米晶体生长结构的异常变化。此外，这些样品已被研究使用扰动角相关（PAC）技术与短寿命放射性探针111 mCd。通过这种方法观察到了纳米晶粒烧结后局部电子环境的变化。
2013-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Theory of ultrathin films at metal-ceramic interfaces
本文提出了一个用于理解界面薄膜形成的理论模型，它将密度泛函理论对界面能的计算与多组分体相体系的热力学模拟技术相结合。将该理论应用于VC掺杂WC-Co硬质合金的薄膜形成。在WC晶粒长大的高温烧结条件下，WC/Co界面上可能存在VC薄膜，这为WC-Co体系中添加VC抑制晶粒长大提供了一种解释。
2012-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth and texture of Spark Plasma Sintered Al2O3 ceramics: a combined analysis of X-rays and Electron Back Scatter Diffraction
采用放电等离子烧结法（SPS）对未掺杂的工业α-Al_2O_3粉体进行了织构化处理。研究了在1400°C和1700°C两种典型温度下烧结的氧化铝陶瓷的各种参数（密度、晶粒生长、晶粒尺寸分布）。采用电子背散射衍射（EBSD）和X射线衍射（XRD）相结合的方法进行定量织构和结构分析，并以绘图和极图的形式表示。这些织构氧化铝陶瓷的机械性能包括高弹性模量和硬度值，具有高各向异性性质，为大范围的应用打开了大门
2013-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Model of Mass Exchange with Dynamic Arrhenius Transition Rates
研究了相互作用颗粒间质量交换的非线性动力学模型。的过渡率遵循阿克里尼乌斯方程的激活能，取决于晶粒质量。我们表明，激活参数可以被吸收的初始条件下的颗粒质量，和总质量是保守的。我们得到的耦合，非线性，常微分方程的质量交换的双颗粒系统的数值解，我们比较它们与近似的理论解在相空间的特定邻域。使用相平面的方法，我们确定该系统表现出扩散和增长-衰减（逆扩散）动力学制度。由质量均分曲线和分离零倾曲线确定平衡态。数值模拟结果表明，当传递速率受到白噪声干扰时，系统仍表现出扩散和增长-衰减机制，尽管噪声可以使平衡质量差的符号发生逆转.最后，我们提出了一个系统的理论分析和数值模拟与许多相互作用的颗粒。扩散和增长-衰减机制也建立起来了，但接近平衡的速度要慢得多。质量交换模型的潜在应用包括烧结过程中的粗粒化和经济物理学中的财富交换。
2015-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
