型
微
观
结
指导确立最佳模型和添加剂
构
及
特 氧化锆相变机制综合分析
典型试样微观检测和力学性能测试
性
的
理
论 研 究
1.统一ZrO2陶瓷相变机制并建立其相变动力学数据 2.建立ZrO2复相陶瓷微观结构与性能的关系
18
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
五. 本课题的创新点
陶
瓷
基
复
合
国内外尚无对氧化锆相变机制开展系统的动力学研
特 研究了基体相(Si3N4)与形成的玻璃相
性
（ Si6Z AlZOZ N8Z ）的界面各种组分变化的相
的 对稳定能（键能）。计算结果认为，在Si3N4基
理 体上优先形成Al-N键，铝原子的优先占位促进了
论 SiAlON的指数增长，交叉网络键模型促进了界面
研 的强化。
究
9
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
表面化学率理，论但不能解释惰性气氛中时效试样。
观
结
构 及
应力腐蚀理论
特
性
的 理
阳离子-空位扩散理论
论
研
究
11
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
二. 氧化锆陶瓷的研究现状
陶
瓷
基
2. 相变机制的研究
复
合
材
Schumauder等人认为时效过程并不单独由水的表面
料 微
表面化内化学不学吸均理附匀造分论成布，造而成是的由不均Y2匀O应3在力缺和陷水表共面同或作在用t结相果晶。粒
构
及
特
对氧化锆基陶瓷材料的相变规律缺乏统一的理论指导，
性 的 理 论 研
相变机制的研究主要集中于Y2O3-ZrO2体系，而对 CeO2、MgO、CaO的研究相对较少特别是阴离子N、C 粒子掺杂影响则更少，有关的动力学数据少而不完善， 而且实验结果对氧化锆等温相变机制还存在矛盾。
究
14
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
二. 研究现状
陶
瓷
基
2. 氧化锆相变机制的研究
复
合
材
料 微
表面化学理论
观
结
构 及
应力腐蚀理论
特
性
的 理
阳离子-空位扩散理论
论
研
究
10
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
1 lang认为由于Y3+从内部向表面扩散与吸附水分子
二. 氧反核化应的锆形有成利陶位Y(瓷置OH，的)使3,研相在变Y究2从O表现3面含状向量内低发的展地；方成为m相形
4. 技术路线
7. 论文进展 安排
2
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
一. 选题背景
陶
瓷
基
复
合
1 陶瓷基复合材料的性能及特点
材
料
微
观
结 构
2 实验研究的局限性
及
特
性 的
3 课题的提出意义及来源
理
论
研
究
3
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
一. 选题背景
陶
瓷
基 复
1. 陶瓷基复合材料的性能及特点
的
理
论
研
究
16
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
三. 研究内容和方法
陶
瓷
基
1.建立合适模型
复
合
材
料
微
2.计算
观
结 构 及
3. 利用高分辨电子显微镜（HREM)、电 子衍射、中子散射、x射线光电子能谱（XPS）
特 性
3.对照实验和理论结果
对典型试样晶界原子排列方式、键合形式、 配位方式、掺杂原子偏聚以及缺陷的组态进
合
材
料
微 观 结
陶瓷基复合材料一般具有高强度、高韧型和优 异的热性能和化学稳定性。从微观分析来看，它是
构
由许多微小的单晶体依赖原子间相互作用力结合在
及
一起而组成的多晶材料，它的许多性能要优于单组
特
份金属或陶瓷材料，而多晶材料本质上是不稳定的，
性 的 理
随温度的改变而导致结构发生变化，反过来多晶体 结构的变化将导致材料力学及物理化学性能的改变，
2003.12~2004.04 典型试样检测、验证理论结
及 特
果、
性
增补计算、论文撰写
的
理 2004.05 ~ 2002.06 准备论文答辩
论
研
究
25
26
观
结
构
及
实验结果，对得到吸附扩散动力学数据进行系统分 析，探明影响氧化锆相变的规律。
2. 计算优选的各种材料的稳定团簇，使用半经验、 密度泛函和动力学方法以优选的团簇复合研究氧化 锆增强增韧金属，氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和金 属间化合物不同表面的择优结合的吸附能进行理论
特 性
3.对照实验和理论结果
定性预测，考虑不同添加剂和成分对界面结合强度 的影响,对实验操作进行理论指导。
论 研
于C-BN在铝基体的吸附.
究
7
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
二. 研究现状
陶
瓷
基
1.复合材料界面增强增韧的理论研究
复
合 材
复合材料界面能的预测
料
微
观
结
构 及
A
B
Wad A
B
特
性
的
分别计算两种材料表面的能量及形成复合界面
理
的能量，获得吸附能预测材料表面的结合能。
论 研
Wad WA WB WAB
三. 研究内容和方法
陶
瓷
基
1.建立合适模型
复
合
材
料
微
2.计算
观
结
构
及
特 性
3.对照实验和理论结果
的
理
论
研
究
1．建立并优选氧化锆及其它材料晶胞、表面 { （100）、（110）和（111）} 和团簇 （Cluster）的模型 3．建立氧化锆（100）、（110）和（111） 表面和各种晶胞的空位（氧空位）和掺杂（氧
的
(0.219)
理
RO3-Zr2=0.219 nm
论 研 究
RO2-Zr3=0.207 nm RO2-Zr73=0.206 nm RZr2-Zr3=0.341 nm
(0.359)
O Zr
Zr O
Zr O
O Zr
RO-Zr=0.214 nm (0.219)
RZr-Zr=0.283 nm (0.359)
23
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
六.课题可行性分析
陶
瓷
基 复 合
2. 现在拥有一台高配置的计算机和计算所需的相关软件 （Gaussian 98,Hyperchem, Mopac）.
材
料
微
观
结 构 及
3. 本实验室可以提供相关的实验结果和样品的微观界面分 析，相关研究经验可以借鉴.
特
性
复
合 材
表面包覆材料界面结合强度的理论预测
料
微
观
结
张等人利用DFT(B3lyp)方法，详细研究了
构 及
BN超硬材料在其金属（ Al）表面的包覆。微观动
特
力学研究表明：Al-N键结合要强于Al-B键，从而
性 的 理
推测认为对N在Al(001)面的优先吸附对生成CBN相是有利的，对Al(001)面预先氮化处理有助
陶
2 Schubert认为Y3+不可能从内部向表面扩散，而
瓷 基 复 合 材 料 微
1. 相变机制的是3研吸Yo附究s的him水a从ra点任阵为中Y向(O内H扩)3散晶。体的形成是不可能的，
而是水在表面吸附解离形成Zr-OH或Y-OH导致应力 集中发生相变
缺陷：表面化学理论的提出，基于水提高t-M相变速
材 料 微
究。本课题首次对氧化锆相变机制开展系统的动力学研 究，从动力学上解释其相变机制的内在原因
观
结
构
及
特
性
从理论与实验上首次对Fe3Al增韧增强ZrO2陶瓷的
的
机制进行研究。
理
论
研
究
19
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
六.课题可行性分析
陶 瓷
1. 现阶段进展
基
复
合
材
料
微
观
结
构
及
特
性
的
论
如塑性、强度和抗蠕变能力等。
研
究
4
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
一. 选题背景
陶
瓷
基 复
2.实验研究的局限性
合
材
料
微 观
由于传统方法制备新材料要通过大量实验，
结 构 及
寻找规律，确定最佳性能不仅费时、费力而且 带有较大的经济消耗，同时，受实验条件的局
特
限性，对复合材料微观结构演变的影响规律得
观
结
构 及
应力腐蚀理论
特
性
的 理
阳离子-空位扩散理论
论
研
究
12
山东大学2001级材料学博士研究生开题报告
二. 氧化锆陶瓷的研究现状
陶
瓷
基
2. 相变机制的研究
复
合
1 Nakanishi等人首先提出Y2O3-ZrO2陶瓷中t-m相变是一种受氧
材