Study the effect of scratching depth and ceramic-metal ratio on the scratch behavior of NbC/Nb Ceramic/Metal nano-laminates using molecular dynamics simulation and machine learning
本研究通过分子动力学模拟和机器学习，探讨了划痕深度、层厚及陶瓷-金属比对NbC/Nb纳米层状材料划痕行为的影响，发现临界厚度决定抗穿透能力，机器学习模型预测摩擦系数准确度高。
2023-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Processing of dense bio-inspired ceramics with deliberate microtexture
生物硬材料的结构揭示了矿物晶体的精细定制的复杂组装。最近的许多研究将这些局部组件的设计与令人印象深刻的宏观响应相关联。在技术陶瓷中再现这种精致的控制与常用的加工方法相冲突。在这里，我们规避这个问题相结合，最近开发的磁辅助注浆成型（MASC）技术与成熟的工艺模板晶粒生长（TGG）。MASC使得能够局部控制分散在较小的各向同性颗粒中的片晶的取向。在高温无压处理之后，最终陶瓷的晶粒遵循与初始片晶相同的取向。这种组合使我们能够生产95%致密的氧化铝部件，其晶粒取向遵循任何有意的取向。我们成功地制造了微结构的灵感来自生物材料与陶瓷，目前周期性变化的图案与可编程的间距为几十微米。我们证实了该过程的能力，通过局部晶粒取向，使用微压痕定制局部机械性能。这种对局部机械性能的微米级控制可以应用于使用这种廉价且可扩展的工艺使陶瓷结构适应复杂的负载。在功能特性也取决于各向异性晶粒取向的系统中，本文提出的原理可以创建新的多功能陶瓷。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Adaptive hard and tough mechanical response in single-crystal B1 VNx ceramics via control of anion vacancies
高硬度和韧性通常被认为是单晶陶瓷的互斥特性。结合实验和室温下的从头算分子动力学（AIMD）原子模拟，我们证明了阴离子空位的引入同时提高了单晶NaCl结构VNx/MgO（001）薄膜的硬度和韧性.纳米压痕结果表明，VN0.8，这里被认为是代表性的欠化学计量VNx系统，是~20%的硬，以及更耐断裂比化学计量VN样品。VN和VN 0.8超晶胞在[001]和[110]伸长条件下的AIMD建模显示，两种材料的拉伸强度相似。然而，虽然化学计量的VN相系统地在拉伸屈服点以脆性方式裂解，但化学计量不足的化合物激活了消散累积应力的转变增韧机制。AIMD模拟还表明，VN0.8对{110}<1-10>和{111}<1-10>剪切变形的初始抵抗力大于VN。然而，对于逐渐增加的剪切应变，VN 0.8的机械行为逐渐从更难发展到更具韧性比VN。这种转变是由阴离子空位介导的，阴离子空位通过减少多达35%的活化剪切应力来促进{110}<1-10>和{111}<1-10>晶格滑移。电子结构分析表明，VN0.8的两种状态硬/韧机械响应主要源于其在第二近邻和第四近邻之间转移d电子的内在能力（即，跨空位位置）V-V金属态。我们的工作提供了一个路线的电子结构设计的硬质材料，其中的塑性机械响应与加载触发。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Simulations on the electromechanical poling of ferroelectric ceramics
基于两步开关模型，模拟了铁电陶瓷的机电极化过程。模拟结果表明，在施加极化场之前和之后施加机械应力的极化方案下，剩余极化强度存在差异，这在实验中也得到了证实。解释了为什么在施加电场后加载机械应力的情况下的剩余极化大于施加电场前加载机械应力的情况。我们的模拟结果为多晶铁电陶瓷机电极化的两步开关模型的有效性提供了证明。
2007-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Liquefaction-induced Plasticity from Entropy-boosted Amorphous Ceramics
陶瓷容易破碎，并且很少有通用机制可用于改善其机械性能，例如，1975年发现的抗断裂机制严格限于氧化锆和氧化铈。在这里，我们报告了通过液化陶瓷实现高塑性的一般机制。我们进一步公开了通过熵增强的非晶陶瓷（EBAC）实现这一困难任务的一般材料设计策略，其实现了可以承受严重塑性形变（例如，超过95%，变形到几纳米的厚度），同时保持高硬度和降低的模量。本文的研究结果为韧性陶瓷的开发和应用开辟了一条新的途径。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
From High-Entropy Ceramics (HECs) to Compositionally Complex Ceramics (CCCs) and Beyond
Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering（加州大学圣地亚哥分校艾思余峰李家族化学与纳米工程系；材料科学与工程计划）；Program in Materials Science and Engineering, University of California San Diego
本文探讨了从高熵陶瓷到组成复杂陶瓷的扩展，提出通过非等摩尔组成和相关无序设计高性能陶瓷的新策略。
2026-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the effect of microstructure on elastic wave propagation in platelet-reinforced composites and ceramics
致密陶瓷在要求高机械刚度、耐化学性和耐温性以及低重量的应用中是不可替代的。为了提高其韧性，陶瓷可以用细长的夹杂物来增强。最近的制造策略已被开发来控制聚合物和陶瓷基体中的盘状微粒的取向，并建立周期性的微结构。鉴于可用的可能的微观结构的无限数量，需要建模工具来选择潜在的最佳设计。周期性微结构可参与弹性波散射以耗散来自振动的机械能。在本文中，提出了一个模型来确定的频率带隙的周期性结构的复合材料和陶瓷和微结构参数的影响进行了研究。结果被用来定义未来制造的硬块体陶瓷材料，结合传统的陶瓷性能与高抗振性的指导方针。
2019-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Role of particles size on the cohesive strength of non-sintered (green) ceramics
制备颗粒负载的泡沫，然后干燥、烧结和/或交联是开发具有高机械强度的轻质陶瓷的广泛探索的路线。非烧结干陶瓷泡沫的研究较少，由于其复杂的生产和假定的机械强度差，获得的“绿色”材料。在这里，我们生产轻质陶瓷泡沫颗粒悬浮液含有球形二氧化硅颗粒的半径在4.5 nm和7 μm之间变化。在阳离子表面活性剂的存在下制备湿泡沫，并在环境条件下干燥，以获得质量密度在100和700 kg/m3之间的多孔材料。含有较小颗粒的材料表现出更高的强度（高达2000倍），接近烧结材料。推导了一种新的预测此类材料机械强度的理论表达式，并通过最终干燥材料中颗粒之间的范德华吸引力来解释所生产材料的测量强度。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of the parameters of bimodal microstructure on the mechanical properties of alumina: A case of sintering regime effects
Lobachevsky University（洛巴切夫斯基大学）
研究双模微观结构参数对氧化铝力学性能的影响，通过不同烧结制度优化陶瓷的硬度、断裂韧性及强度。
2026-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Self-Healing Mechanisms in Shape Memory Ceramics
形状记忆（SM）陶瓷，例如氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ），是一种独特的SM材料家族，其提供独特的性质，包括超高工作温度和高耐化学腐蚀性和氧化性。然而，通常在SM陶瓷中在制造过程中和/或通过机械变形观察到缺陷的形成。为了充分利用这些陶瓷的SM性能，有必要充分了解外部刺激下缺陷的纳米结构演变。在这项研究中，缺陷闭合行为在YSTZ纳米柱的原子模拟研究。选择[011-]和[001]两个特征取向分别代表相变和位错迁移的主要变形机制。随着裂纹和空洞的存在，纳米柱的强度和屈服应变显著降低，特别是对于[011-]取向的YSTZ纳米柱。观察到与四方晶系到单斜相转变相关的体积膨胀促进裂纹和空隙的愈合。原子应力分析揭示了沿着新形成的单斜相带的应力集中。确定了一个临界裂纹宽度，小于该宽度裂纹在压缩时可以完全闭合。尺寸效应研究表明，纳米柱尺寸的增加对裂纹自愈合行为有积极的影响。对于[001]取向的YSTZ纳米柱，位错迁移导致非晶相的形成，这也有助于裂纹和空隙闭合过程。揭示的裂纹/空洞愈合机制可能提供了一个路径，以减轻内部缺陷，影响SM陶瓷的机械性能和变形机制。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic slip casting: a review of current achievements and issues
陶瓷材料在高机械、热或化学约束下操作的技术中是普遍存在的。陶瓷加工的研究旨在创造具有仍然难以获得的特性的陶瓷，例如韧性，透明度，导电性等。磁性粉浆浇注是一种陶瓷工艺，其中外部磁场用于使陶瓷颗粒沿优先结晶方向排列，从而产生受控织构。在过去20年的研究中，磁性粉浆浇注，多种化学陶瓷被发现表现出增强的性能，由于织构化。本文综述了磁性注浆成型技术的研究进展，详细介绍了磁性注浆成型的工艺参数、制备的各种陶瓷材料的织构。实现的机械和功能特性的磁纹理部件。这一概述的磁性粉浆铸造过程允许确定关键方向，为未来的进步，在先进的技术陶瓷
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hierarchical porosity ihnerited by natural sources affects the mechanical and biological behaviour of bone scaffolds
一个3-D多孔磷灰石支架（B-HA），最近获得的天然木材的生物形态转化，其多尺度的多孔结构确定优越的力学性能和生物学行为进行了研究。B-HA显示出分级孔结构，具有与较小小管互连的宽对齐通道，从而详细再现了原始木材模板的淋巴网络。由于其仿生结构，B-HA显示压缩和拉伸强度和刚度值，高于通常在具有各向同性孔隙率的烧结陶瓷中测量的值。此外，B-HA显示出纯陶瓷体不常见的延展性和高于其压缩强度的拉伸强度，因此占据了阿什比图中通常不存在陶瓷的区域。生物反应器中的细胞共培养试验报告了增强复杂组织再生过程的令人鼓舞的结果，从而使B-HA非常有希望作为能够促进骨再生的支架，特别是对于大的骨缺损。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
From High-Entropy Ceramics to Compositionally-Complex Ceramics: A Case Study of Fluorite Oxides
以萤石氧化物为例，本研究将高熵陶瓷（HEC）扩展到组成复杂的陶瓷（CCC）或多主阳离子陶瓷（MPCC），以包括中等熵和/或非等摩尔组成。制备了具有通式（Hf_（1/3）Zr_（1/3）Ce_（1/3））_（1-x）（Y_（1/2）X_（1/2））O_（2-δ）（X = Yb、Ca和Gd; x = 0.4、0.148和0.058）的九种组成复杂的萤石氧化物（CCFO）。测量了相稳定性、机械性能和热导率。与氧化钇稳定的氧化锆相比，这些CCFO表现出增加的立方相稳定性和降低的热导率，同时保持高的杨氏模量（~210 GPa）和纳米硬度（~18 GPa）。此外，在非等摩尔的CCFO的温度依赖性的热导率显示出非晶态的行为。与其等摩尔高熵对应物相比，中熵非等摩尔CCFO表现出甚至更低的热导率（k），同时保持高模量（E），从而实现更高的E/k比。这些结果表明了一个新的方向，以实现绝热但僵硬的CCC（MPCC）通过探索非等摩尔和/或中熵组成。
2020-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural, magnetic, dielectric and mechanical properties of (Ba,Sr)MnO$_3$ ceramics
研究了常压烧结法制备的6 H-SrMnO $_3$（6 H-SMO）、15 R-BaMnO $_3$（15 R-BMO）、4 H-Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ MnO $_3$（4 H-BSMO）陶瓷样品。在SMO的XRD测量中，发现在600-800 K范围内晶格参数出现新的异常，热膨胀系数增加，并在670 K附近出现明显的最大值。在磁性测量中观察到BSMO在$T_N$ =250 K时的N $\acute{e}$ el相变，并在介电、FTIR、DSC和DMA实验中检测到其踪迹。BSMO在$T_N$的相变焓变和熵变分别为17.5 J/mol和70 mJ/K mol。从Arkanius定律确定了弛豫过程的活化能值和弛豫时间特征。从头计算结果表明，交换相关能对总能量的贡献约为30%。
2017-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Engineering: A New Key to Enhancing Ceramic Performances
该综述探讨位错工程在陶瓷中的应用，总结位错对力学及输运、铁电、热导和超导等关键功能性能的影响，为跨学科位错工程提供新见解。
2025-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-entropy ceramics: propelling applications through disorder
无序增强了所需的特性，并为合成材料创造了新的途径。例如，硬度和屈服应力通过固溶强化而提高，这是变形和原子尺寸失配的结果。热化学稳定性增加的优先级的化学无序的混合物的高对称性的超晶格。振动热导率降低力常数无序，而不牺牲机械强度和刚度。因此，高熵陶瓷推动了广泛的应用：从耐磨涂层和热和环境屏障到催化剂，电池，热电和核能管理。在这里，我们讨论了该领域的最新进展，特别强调无序增强的性质和应用。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystal model of the mechanical behavior of a Mo-TiC30vol.% metal-ceramic composite using a 3D microstructure map obtained by a dual beam FIB-SEM
Mo-TiC 30 vol. %的机械性能在大的温度范围（25^{ \circ }C至700^{ \circ }C）内研究了陶瓷-金属复合材料。高能X射线断层扫描被用来揭示通过复合材料的硬质碳化钛相的渗透。使用两相材料的多晶方法，对材料的真实3D聚集体进行有限元模拟。3D微观结构，用作预测的起始配置，通过在耦合到电子背散射衍射系统（3D EBSD，EBSD层析成像）的双束聚焦离子束（FIB）-扫描电子显微镜（SEM）中连续切片来获得。该3D聚集体由钼基体和碳化TiC骨架组成。与大多数BCC金属一样，钼基体相的特征在于塑性机制随温度的变化。我们使用多晶模型的BCC材料，这是扩展到两相（TiC和Mo）。通过对纯铌的实验，确定了基体的模型参数。对于所有的温度研究，TiC颗粒被认为是脆性的。TiC颗粒的逐渐损伤的治疗，基于累积失效法，这是近似的表观颗粒弹性刚度的演变。该模型使我们能够确定局部力学场的变形和温度的演变。我们表明，需要一个代表复合材料的实际微观结构的3D聚集体来了解所研究的复合材料的局部和全局力学性能。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Effect of synthesis conditions on properties of barium titanate piezoelectric ceramics
采用固相法合成的钛酸钡（BaTiO 3）粉体的特征在于平均粒径约为500 nm的球形晶粒。为了得到单相材料，必须对原料进行双重机械活化和煅烧。为了改善成型性，将得到的钛酸钡粉末在喷雾干燥器中造粒。采用单轴压制和等静压两种方法制备了钛酸钡陶瓷的颗粒和梁。确定了钛酸钡材料在其制造的各个阶段（粉末、烧结体、烧结体）的性能对其在叠层盘多层致动器中的应用的影响。特别是，四个参数的钛酸钡烧结影响的可用性性能的致动器，没有发现在文献中，估计。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Bioinspired approaches to toughen calcium phosphate-based ceramics for bone repair
为了应对骨修复策略日益增长的需求，已经开发了各种类型的生物材料。其中，磷酸钙陶瓷（CPC）是有前途的，因为它们具有类似于骨骼的化学成分。为了适用于植入物，CPC需要满足许多生物学和机械要求。抗疲劳性和韧性是CPC中仍然具有挑战性的两个关键机械性能。因此，本文回顾和讨论了目前的进展与仿生微结构的承载应用程序的CPC的处理。首先，方法来获得与生物启发的结构在个人的长度尺度，即纳米，微米和宏观尺度的CPC进行了讨论。然后，通过一个复杂的和仿生的层次结构，以实现所有的长度尺度的协同贡献的方法进行了审查。介绍了这些工艺方法及其设计能力，并分析了它们所能生产的材料的机械性能。最后讨论了它们的局限性和挑战，为制造具有令人满意性能的仿生骨植入物提出了新的方向。这篇论文可以帮助生物医学研究人员、材料科学家和工程师联合起来创造下一代骨植入物。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Mechanical Characterisation of the Protective Al$_2$O$_3$ Scale in Cr$_2$AlC MAX phases
MAX相在高温和高应力性能的要求下具有巨大的潜力，其混合原子键合产生陶瓷的耐温性和抗氧化性以及金属的机械弹性。在这里，我们测量的机械性能高达980 C的纳米压痕高密度和纯铬$_2$铝碳，以及氧化后的燃烧器钻机在1200 C超过29小时。只有适度的降低硬度和模量高达980 C，这意味着没有改变的变形机制。此外，在用所述燃烧器装置氧化Cr $_2$ AlC衬底之后，在Cr $_2$ AlC/Cr $_7$ C $_3$和Cr $_7$ C $_3$ /Al $_2$ O $_3$界面处进行微悬臂梁断裂测试。这些值是陶瓷-陶瓷界面的典型值，低于4 MPa/m，这导致了以下假设：优异的宏观行为是由于热膨胀系数匹配引起的低内部应变以及回旋界面的组合。
2019-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong, Tough and Stiff Bioinspired Ceramics from Brittle Constituents
高强度和高韧性在工程材料中通常是相互排斥的。因此，提高强而脆的材料如陶瓷的韧性依赖于引入金属或聚合物延性相来耗散能量，这反过来降低了强度、刚度和在高温下操作的能力。在许多天然材料中，韧性是通过在不同长度尺度下操作的多种机制的组合来实现的，但这种结构非常难以复制。建立在这样的生物结构，我们展示了一种简单的方法，产生块体陶瓷，其特征在于由高强度（470 MPa），高韧性（22 MPa.m1/2），和高刚度（290 GPa）的独特组合，而没有一个延性相的援助。由于仅使用矿物成分，这种材料在高温（600°C）下保持其机械性能。这里介绍的生物灵感，材料独立的设计是一个具体的，但相关的例子，一个强大的，坚韧的，刚性的材料，在结构，运输和能源相关的应用非常需要。
2015-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning potentials for nanoscale simulations of deformation and fracture: example of TiB$_2$ ceramic
针对 TiB$_2$ 陶瓷，本文提出通过追加拟合构建机器学习原子间势，以实现从原子尺度到纳米尺度的单晶变形与断裂模拟，并评估其跨条件、跨相可迁移性。
2023-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Single-Phase High-Entropy Intermetallic Compounds (HEICs): Bridging High-Entropy Alloys and Ceramics
为了填补传统高熵合金与新兴高熵陶瓷之间的知识空白，采用机械合金化和放电等离子烧结技术制备了高熵金属间化合物（HEICs）。值得注意的是，几种四或五组分等摩尔铝化物，如B2相（Fe 1/5Co 1/5 Ni 1/5 Mn 1/5Cu 1/5）Al，首次被制成单相HEIC。热力学建模和可逆的，温度依赖性，相稳定性实验表明，这样的B2相HEIC是熵稳定相。这些HEIC的结构类似于HEC的结构，在一个且仅一个子晶格中具有几乎相等分数的四个或五个元素的高熵混合，但具有显著（~10%）的反位缺陷（不同于典型的HEC）。提出了一种新的形成单一B2相HEIC的相稳定性规则。还制备了主要为D 022相的另外五种HEIC。这项研究拓宽了已成功制造的等摩尔，单相，高熵材料的家庭。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Investigation, Piezoelectric Measurement and Structural Studies of Strontium-doped, modified PMS-PZT Piezoelectric Ceramics
本文研究了以$[\rm{Pb}_{0.94}\rm{Sr}_{0.06}][(\rm{Mn}_{1/3}\rm{Sb}_{2/3})_{0.05}(\rm{Zr}_{0.54}\rm{Ti}_{0.46})_{0.95}]O_3$为组分，锑锰酸铅为掺杂剂，采用陶瓷法合成的6% $\rm{Sr}^{2+}$取代改性锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷的结构和介电性能，频率范围为50 ~ 1 MHz，温度范围为室温~ 633 K。在室温下拍摄的样品的扫描电子显微照片证实形成了相当均匀的结构和具有尖锐边界的成形良好的晶粒。Rietveld分析表明，该材料为四方晶系，空间群为P4 mm。电模量虚部的标度行为表明，在不同的温度下，弛豫是由相同的机制来描述。与相关材料相比，合成的烧结和极化陶瓷的机电耦合因子（$\rm{k_p}$）、高机械品质因数（$\rm{Q_m}$）和压电系数（$\rm{d}_{33}$）的值给出了一组良好的压电性能值，可用于各种感兴趣的压电器件应用。
2013-09-26 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
Porous textured ceramics with controlled grain size and orientation
致密或多孔陶瓷的织构可以提高其功能和结构性能。目前的纹理化方法采用各向异性颗粒作为起始粉末和将其取向驱动到特定方向的工艺。使用超低磁场与粉浆浇注相结合，可以有目的地将磁响应颗粒定向在任何方向上。当这些颗粒与纳米颗粒悬浮在一起时，在烧结期间发生模板化晶粒生长以产生纹理化陶瓷。然而，最终晶粒通常是微米级的，导致机械性能较弱。在这里，我们将探讨如何调整晶粒取向的大小使用磁粉浆铸造和模板晶粒生长。我们的策略包括改变各向异性粉末的尺寸，并确保发生磁性排列和致密化。所获得的陶瓷具有大范围的晶粒各向异性，具有亚微米厚度和各向异性性能。具有可调晶粒尺寸和孔隙率的织构陶瓷在过滤、生物医学或复合材料应用中具有很好的前景。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum spectral thermodynamics and active learning enable million-scale exploration of high-entropy ceramics
Chimie ParisTech, PSL University（巴黎高等化学学院，巴黎文理研究大学）；Shanghai University（上海大学）
本研究提出量子谱热力学框架与主动学习工作流，以密度泛函精度探索770万高熵陶瓷构型，揭示声子自能效应稳定相并发现约12%溶质阈值，实现高温刚度与低热导率组合。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening of the thermoelastic properties of ultra-high temperature ceramics
超高温陶瓷（UHTCs）是一组具有高技术兴趣的材料，因为它们在极端环境中使用。然而，它们在高温下的特性是其快速发展的主要障碍。从实验的角度来看，世界上只有少数实验室有资源在极端条件下测试这些材料，从理论的角度来看，实际方法非常昂贵。在这里，一个新的理论高通量框架的材料的热弹性性能的预测。这种方法可以系统地应用于任何种类的晶体材料，大大降低了以前方法的计算成本。在很宽的温度范围内计算了超高温超导体的弹性常数，与实验报道的值吻合得很好。此外，还探索了其他机械性质，例如体积模量、剪切模量或泊松比。具有类似计算成本的其他框架仅用于预测各向同性或平均性质，然而这种新方法以非常低的计算成本为各向异性性质的计算打开了大门。
2020-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Superfunctional high-entropy alloys and ceramics by severe plastic deformation
本文综述了严重塑性变形（SPD）结合CALPHAD与第一性原理计算在开发超功能高熵材料方面的最新进展，表明SPD不仅是改善现有材料性能的加工工具，更是合成新型高性能材料的合成工具。
2023-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Compositionally Complex Ceramics (CCCs): A New Paradigm in Ceramics
Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering（加州大学圣地亚哥分校艾思友峰李家族化学与纳米工程系；材料科学与工程计划）；Program in Materials Science and Engineering, University of California San Diego
该研究提出将高熵陶瓷的探索扩展至成分复杂陶瓷（CCCs），指出其可通过非等摩尔设计、有序结构等调控性能，是定制材料性能的多功能平台。
2026-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing plasticity in high-entropy refractory ceramics via tailoring valence electron concentration
高熵陶瓷材料的自底向上设计是实现高硬度和高温抗腐蚀性能的理想途径。这项工作提供了一个简单而基本的设计标准-价电子浓度（VEC）> ~9.5 e-/f. u。以在费米能级处填充键合金属态-用于选择可以形成具有增强的塑性（降低的脆性）的岩盐结构（B1）高熵陶瓷的元素组成。单相B1（HfTaTiWZr）C和（MoNbTaVW）C，选择作为代表性的系统，由于其特定的VEC值，在这里合成和测试。在不同载荷和深度下的纳米压痕阵列统计显示（HfTaTiWZr）C（VEC=8.6 e-/f.u.）（MoNbTaVW）C（VEC= 9.4e-/f.u.）比（HfTaTiWZr）C更硬且更耐断裂。从头算分子动力学模拟和电子结构分析表明，（MoNbTaVW）C在拉伸和剪切变形下的抗再结晶性能的提高可能源于材料的内在能力，即在拉伸屈服点以外进行局部晶格转变，以及相对容易的晶格滑移激活。进行额外的模拟，以遵循作为温度的函数的机械性能的演变，表明（MoNbTaVW）C可以保持良好的抗断裂性高达~900- 1200 K，而（HfTaTiWZr）C预计在所有研究的温度下保持脆性。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Reactive Laser Synthesis of Ultra-high-temperature Ceramics HfC, ZrC, TiC, HfN, ZrN, and TiN for Additive Manufacturing
超高温陶瓷（UHTCs）是需要极端温度弹性、耐化学侵蚀环境、耐磨性和机械应力的应用的最佳结构材料。由于各种障碍，利用基于激光的增材制造（AM）加工UHTC尚未完全实现。本文采用选择性激光反应烧结（SLRS）技术制备了HfC、ZrC、TiC、HfN、ZrN和TiN等近净形超高温陶瓷。第IV族过渡金属和金属氧化物前体材料被化学转化并使用在CH 4或NH3气体中的单步选择性激光加工反应结合成UHTCs层，这可能与流行的粉末床熔合技术兼容。首先研究了金属（Hf，Zr和Ti）或金属氧化物（HfO 2，ZrO 2和TiO 2）颗粒的转化，以检查与单组分前体系统的SLRS相关的反应机制和体积变化。单独的金属或金属氧化物的SLRS处理产生接近化学计量的UHTC相，其中碳化物和氮化物的总收率高达100重量%。然而，对于单组分前驱体，气-固反应性引起的体积变化导致产物层中的残余应力和开裂。为了减轻转化引起的应力，采用复合金属/金属氧化物前体来补偿金属（其在转化期间膨胀）或金属氧化物前体（其收缩）的体积变化。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Role of charged defects on the electrical and electro-mechanical properties of rhombohedral Pb(Zr,Ti)O3 with oxygen octahedra tilts
氧八面体倾斜是钙钛矿中常见的结构现象，并且已经成为深入研究的主题，特别是在菱面体Pb（Zr，Ti）O3（PZT）中。早期的研究表明，倾斜八面体对PZT陶瓷的电畴转换行为、介电和压电性能有很大的影响。然而，在一种类似的方式提出的倾斜，带电的缺陷，与氧空位，也可能会抑制畴壁的运动，导致宏观上在捏磁滞回线和降低压电响应。在这里，我们回顾了早期的研究菱面体PZT陶瓷与倾斜八面体考虑可能的作用，倾斜和带电缺陷畴壁运动。我们发现，所观察到的捏滞回线可能与存在的缺陷复合物含有带电的氧空位，而不是倾斜，在某些情况下建议。无论是否存在长程有序倾斜菱面体PZT，带电缺陷的影响也是突出的弱场介电常数和压电性能，特别是在亚赫兹驱动条件下的电导率，相关的运动的氧空位，引起强的频率色散。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Impact of dislocation densities on the microscale strength of single-crystal strontium titanate
本文通过调控单晶SrTiO3位错密度并结合微柱压缩与透射电镜，揭示了位错密度对室温微尺度脆性-塑性转变及屈服强度非单调变化的影响，为位错基陶瓷器件设计提供指导。
2025-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Tunable dislocations overcome mechano-functional tradeoff in perovskite oxides
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
研究通过调控位错密度，在铁电氧化物中实现机械性能与功能性的平衡，揭示了位错密度依赖的非单调机械响应及热导率与机械强度的权衡。
2026-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional coherent X-ray diffraction imaging of a ceramic nanofoam: determination of structural deformation mechanisms
超低密度聚合物、金属和陶瓷纳米泡沫因其高强度重量比、高表面积和归因于其结构几何形状的绝缘性能而具有价值。我们利用X射线衍射成像技术获得了氧化钽纳米泡沫的内部结构。从结构的有限元分析揭示了与散装样品和扩散限制集群聚集模型一致的机械性能，而在节点上的多余的质量折扣的悬空碎片的渗滤理论的假设。
2008-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Computational tuning of the elastic properties of low- and high-entropy ultra-high temperature ceramics
Hartree Centre, STFC Daresbury Laboratory（STFC 达尔斯伯里实验室哈特里中心）；Lucideon Limited（卢西迪恩有限公司）；IBM Research Europe（IBM 欧洲研究院）
本研究通过调谐MACE-MPA-0模型，发现低熵和高熵混合物中弹性常数偏离混合规则近似，并识别出HfCVCZrC为最佳混合物，可使UHTC的杨氏模量提升至40 GPa以下。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
On the potential of hard ferrite ceramics for permanent magnet technology -- a review on sintering strategies
本文综述钡、锶 M 型六方铁氧体作为无稀土永磁替代材料的烧结研究，梳理挑战、解决方案及其与磁体磁性能的关联。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Reactive Two-Step Additive Manufacturing of Ultra-high Temperature Carbide Ceramics
超高温陶瓷（UHTCs）是需要对极端温度（>2000°C）、高机械负载或侵蚀性氧化环境具有弹性的应用的候选结构材料。使用增材制造（AM）方法将UHTC过渡金属碳化物作为独立材料进行加工尚未完全实现，这是由于它们极慢的原子扩散率阻碍了烧结，并且在间接AM期间体积变化较大，这可能会引起缺陷结构。在这项工作中，一个两步，反应AM的方法进行了研究，形成超高温陶瓷TiCx。使用现成的设备，包括聚合物粉末床熔融AM机和传统的管式炉，以生产具有亚毫米分辨率的UHTC立方体和晶格结构。该加工方案包括：（1）混合有酚醛粘合剂的Ti前体的选择性激光烧结，用于生坯成型，以及（2）生坯在CH 4中的非原位等温气-固转化，以形成TiCx结构。在CH 4中的反应性后处理导致高达98.2重量%的TiC0.90产品收率和由于与Ti到TiC的转化相关联的体积膨胀而在固结期间的净收缩减少。结果表明，反应结合与吉布斯自由能释放与TiC形成产生颗粒间的粘附在低炉加工温度。通过这种工艺粘合高度耐火材料的能力导致结构在热冲击测试期间无裂纹且抗断裂。广泛地说，所提出的增材制造方法可用于生产许多UHTC碳化物，否则这些碳化物可能与不包括反应合成的现行AM技术不兼容。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
On the thermal and mechanical properties of Mg$_{0.2}$Co$_{0.2}$Ni$_{0.2}$Cu$_{0.2}$Zn$_{0.2}$O across the high-entropy to entropy-stabilized transition
James Madison University（詹姆斯麦迪逊大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Laser Thermal Incorporated（激光热力学公司）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究了Mg$_{0.2}$Co$_{0.2}$Ni$_{0.2}$Cu$_{0.2}$Zn$_{0.2}$O 在高熵到熵稳定过渡中的热力学和力学性能，发现热导率保持恒定，热膨胀系数增加24%，并观察到机械软化现象。
2022-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain boundary state and grain size on the microstructure and mechanical properties of alumina obtained by SPS: A case of the amorphous layer on particle surface
研究了不同加热方式和升温速率对超细氧化铝粉末收缩动力学的影响。研究对象包括（i）亚微米α-Al_2 O_3粉末，（ii）颗粒表面具有非晶层的亚微米α-Al_2 O_3粉末，（iii）细α-Al_2 O_3粉末。采用放电等离子烧结（SPS）技术制备氧化铝陶瓷试样。使用同样细的粉末（i）和（ii）来分析非晶层对烧结动力学的影响。粉末（i）和（iii）用于分析初始粒度对收缩动力学的影响。使用Young-Cutler和Coble模型分析收缩曲线。研究表明，亚微米粉末的烧结动力学是由晶界扩散强度决定的，细粉末的烧结动力学是由晶格和晶界同时扩散决定的。已经确定亚微米α-Al_2 O_3粉末表面上的非晶层影响SPS最后阶段的晶界迁移速率和Coble方程参数。已经提出，由在颗粒表面上具有非晶层的亚微米粉末烧结的氧化铝陶瓷的异常特性与在非晶层结晶期间形成的晶界处的缺陷浓度增加有关。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Ceramic Materials: From Atomic Bonding and Processing to Microstructure, Functional Properties, and Biomedical Applications
Polytechnic University of Puerto Rico（波多黎各理工学院）
本综述围绕陶瓷材料的制备—微观结构—性能—表现关系，考察其特性、生物医用类型、新兴主题，指出脆性断裂等挑战，提出需整合多技术推动未来进展。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Highly wear-resistant and low-friction Si3N4 composites by addition of graphene nanoplatelets approaching the 2D limit
石墨烯纳米片（GNP）由于其优异的固体润滑性能以及机械和热稳定性而成为改善陶瓷复合材料摩擦学性能的最有前途的填料之一。然而，GNP的添加到目前为止仅提供了陶瓷的摩擦学性能的非常有限的改进，特别是关于它们的摩擦系数的降低。这很可能是由于通过暴露表面的高GNP覆盖率实现润滑和保护摩擦膜的挑战。在这里，我们表明，这可以通过有效地增加GNP的剥离度下降到几层（FL）的范围内实现。采用FL-GNP作为填料，Si_3N_4复合材料的耐磨性可提高约20倍，摩擦系数降低近一半，而其它力学性能也得到保持或提高。使用共焦拉曼显微镜，我们能够证明已经在5重量% FL-GNP含量下形成连续的FL-GNP摩擦膜。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Bulk Polycrystalline Ceria Doped Al$_2$O$_3$ and YAG Ceramics for High-Power Density Laser-Driven Solid-State White Lighting: Effects of Crystallinity and Extreme Temperatures
在这里，我们开发和表征高热导率/高抗热震散装Ce掺杂的Al 2 O3，并提出它作为一种新的荧光粉转换覆盖层的高功率/高亮度固态白光照明（SSWL）。块状致密的Ce：Al 2 O3陶瓷具有0.5at.% Ce：Al浓度（显著高于平衡溶解度极限），并使用同时固态反应电流激活压力辅助致密化（CAPAD）方法生产。Ce：Al 2 O3表现出从400- 600 nm的宽带发射，当用紫外（UV）光泵浦时，其包括可见光谱的整个蓝色和绿色部分，该紫外光现在可在UV发光器件（LED）和激光二极管（LD）中商购获得。这些宽带磷光体可用于与发射红光以产生白光的其它UV转换覆盖层混合的常用方案中。可替代地，它们可以用于确保转换磷光体覆盖层的改进的热机械性质的新型复合下转换器方法中。在该配置中，Ce：Al 2 O3与经验证的磷光体转换材料（诸如Ce：YAG）一起用作活性密封剂或用作覆盖层，以产生在可见光谱的蓝色部分中具有改善的带宽的SSWL。为了研究结晶度对Ce PL发射的影响，我们使用高压CAPAD在中等温度下合成Ce：YAG陶瓷以获得不同的结晶度（非晶到完全结晶）。研究了Ce：Al_2O_3和Ce：YAG在295 ~ 4K温度范围内的光致发光特性，揭示了基质对Ce掺杂的独特晶场效应。Ce：Al 2 O3独特的光致发光特性与优异的热机械性能相结合，可用于基于高效UV-LD的高功率/高亮度集成器件，
2019-12-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Effects of carbon nanotubes on grain boundary sliding in zirconia polycrystals
氧化锆多晶材料在高温下会发生热激活晶界滑移，导致塑性甚至超塑性形变，从而导致力学性能急剧下降。由于GB滑动是材料中能量耗散的来源，机械损耗测量非常适合于研究这种机制。他们揭示，在一般情况下，机械损耗峰值，这演变成一个指数增加在较高的温度。当多晶陶瓷中存在晶间玻璃膜或/和非晶口袋时，机械损耗整体较高，蠕变速率也较高。在这里，我们表明，在氧化锆中引入碳纳米管，特别是，大大减少GB滑动，从而在高温下的机械损失。通过高分辨率透射电子显微镜在晶界处观察到纳米管，并且纳米管与通过边界的超塑性流动的减少有关，这应该提高材料的抗蠕变性。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Combined effect of SiC and carbon on sintering kinetics, microstructure and mechanical properties of fine-grained binderless tungsten carbide
本研究通过SPS和CPS烧结，探究SiC和碳对无粘结剂WC陶瓷的联合影响，发现添加1% SiC和0.3% C可优化微观结构并提升力学性能，且烧结活化能揭示扩散机制。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric properties of PLZT-x/65/35 (2 \leqslant x \leqslant 13) under mechanical stress, electric field and temperature loading
我们研究了平行于交流电场施加的单轴压力（0-1000 bar）对PLZT-x/65/35（2 \leqslant x \leqslant 13）陶瓷介电性能的影响。结果表明，外加应力对这些性能有显著影响.单轴压力的施加导致介电常数（\varepsilon）的峰值强度、频率色散以及介电滞后的变化。峰值强度$\varepsilon$变得扩散/尖锐，并随着压力的增加而向更高/更低的温度移动。得出的结论是，施加单轴压力诱导类似的效果，在PZT系统中增加钛离子浓度。我们解释了我们的结果的基础上的域切换过程的作用下，机电联合加载。
2013-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastable Metallic Glass Nanoparticles with Size-Dependent Mechanical Properties
金属玻璃的原子结构与强度和延展性等性能密切相关。在这里，两种不同尺寸的Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在准流体静力高压条件下压缩，以了解应力下的结构变化。使用原位高压X射线衍射（XRD）跟踪纳米颗粒的结构变化。由XRD产生的环境压力对分布函数表明，较小尺寸的纳米颗粒具有更紧密的非晶结构，配位数更低。XRD表明，非晶结构是稳定的，达到最大压力。发现较小和较大尺寸的纳米颗粒的体积模量分别为208 GPa和178 GPa。这种尺寸依赖的高压行为与纳米颗粒之间的组成差异有关。这些结果表明，Ni 1-xBx金属玻璃纳米颗粒在压力下是高度稳定的，这使得它们能够用作金属或陶瓷基复合材料中的夹杂物。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of VMoNO as a function of oxygen concentration: toward development of hard and tough refractory oxynitrides
提高韧性是耐磨耐火陶瓷涂层开发的核心目标。广泛的理论和实验研究表明，NaCl结构的VMoN合金表现出令人惊讶的高延展性与高硬度和韧性相结合。然而，在操作过程中，保护涂层不可避免地氧化，这是一个可能损害材料特性和性能的问题。在这里，我们探讨了氧化在改变VMoN性能的作用。采用密度泛函理论和理论本征硬度模型研究了立方相V_（0.5）Mo_（0.5）N_（1-x）Ox固溶体的力学行为与氧浓度x的关系。弹性常数和本征硬度的计算表明，氧化不会降低V0.5Mo0.5N的机械性能。电子结构分析表明，氧的存在降低了共价键的字符，这稍微降低合金的强度和固有硬度。然而，金属d-d状态的特征，这是至关重要的允许塑性形变和提高韧性，保持不受影响。总的来说，我们的研究结果表明，VMoNO氮氧化物，与氧浓度高达50%，具有高的固有硬度，同时仍然是延展性。
2019-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Cold Sintering Process (CSP) on the Electro-Chemo-Mechanical Properties of Gd-doped Ceria (GDC)
在这份报告中，冷烧结工艺（CSP）对10摩尔%的Gd掺杂氧化铈（GDC）的电化学机械性能的影响进行了研究。高纯度纳米级GDC粉末在纯水中通过冷烧结工艺（CSP）烧结，然后在1000 °C下进行后退火。所得CSP陶瓷具有高的相对密度（~92%），超细晶粒尺寸为~100 nm。该样品示出了与通过常规烧制（即在1450 °C下在空气中烧结）制备的样品相当的在中/高温下的电化学性质和在室温下的机电性质。此外，在CSP样品中还观察到大的蠕变常数以及低的弹性模量和硬度。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Fermi Level Engineering and Mechanical Properties of High Entropy Carbides
从理论和实验两方面研究了高熵碳化物的费米能级工程和力学性能演化。高熵陶瓷中大量元素的多样性拓宽了组成空间，但也给组成选择和性能研究带来了巨大挑战。我们利用价电子浓度（VEC）描述符设计和预测高熵碳化物的性能。VEC调节费米能并系统地改变材料的成键特性。因此，机械性能随着VEC的变化而变化。在VEC 8.4处，强σ键合状态源于填充的重叠金属d和碳p轨道，这导致对剪切变形的最大抵抗力和最高硬度。超过或低于最佳VEC点8.4，机械响应由于能量轨道的填充或清空而降低，这有助于剪切变形。此外，最佳VEC点可以基于形成高熵碳化物的组成金属而移动。我们的分析表明，计算的硬度和剪切模量之间有很强的相关性。作为实验的补充，合成了一组高熵碳化物，并对其力学性能进行了研究。测得的硬度符合理论预测，在VEC 8.4时达到约30 GPa的最高硬度。相比之下，当VEC为9.4时，硬度降低50%。基于VEC设计高熵碳化物并在电子水平上理解机械性能使人们能够操纵组成谱以从化学无序晶体获得所需的机械响应。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermophysical and Mechanical Properties Prediction of Rear-earth High-entropy Pyrochlore Based on Deep-learning Potential
针对高熵焦绿石热障涂层材料性能预测难题，本文用有限AIMD数据训练DPMD深度势，实现兼具精度与泛化性的大规模MD模拟。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effects of Grain Boundaries and Surfaces on Electronic and Mechanical Properties of Solid Electrolytes
本文通过构建11种固体电解质的590个表面和晶界库，揭示扩展缺陷会降低晶界分离能和断裂韧性、引入带隙内电子界面态，从而解释全固态电池中固体电解质的优先开裂及电化学行为。
2024-01-05 cond-mat.mtrl-sci
