超声波促进玻璃化结构驰豫和晶化现象

超声波促进玻璃化结构驰豫和晶化现象

超声波促进玻璃化结构驰豫和晶化；超声表面波在金属或氧化物表面层产生晶格谐振促进固体表面催化；超声波使半导体的缺陷体系发生可观的变化，当超过某临界值时，产生新位错和空位、发生原子断键；氧化铁中缺陷浓度因超声引起的变化，直接影响了镁铁氧体的形成动力学，提高了扩散控制的固态反应活性，细化了烧结体显微组织。采取声源平行于陶瓷层表面的超声波波长量级往复运动的措施，使波峰位置在试样表面连续不断变化，可获得提高缺陷密度、降低缺陷尺寸的效果。

等离子体电解氧化陶瓷层需要借助于放电击穿，从而需要消耗能量，可称此为击穿阻抗，这里击穿阻抗是指陶瓷层表面某个位置上每发生一次电击穿所需的能量，它与击穿强度、击穿电流、击穿电压以及陶瓷层厚度、质量和相组成等重要因素直接相关，是一个综合表征介电材料和击穿模式相互作用过程动态特性的关键参量。基于PEO陶瓷层击穿阻抗概念，我们认为在PEO中后期陶瓷层各处击穿阻抗发生两极分化，即非均衡发展，是导致PEO工艺的中后期功效低下问题的根本原因。目前，在国际上尚未见到从本质上系统性揭示类似击穿阻抗形成机理的研究报道，但近年来国内外科研人员开展的大量PEO理论与实验研究工作为该研究方向提供了一些有益参考。

在PEO过程中，阳极表面气膜和氧化膜击穿是PEO陶瓷层生长的基本条件。PEO初期氧化陶瓷层较薄，各处发生击穿放电的机会比较接近，PEO过程在阳极表面均匀进行。阳极表面分布着密集的等离子体放电微弧斑点，且这些微弧斑点沿阳极表面快速游动，不断改变位置，使陶瓷层得以均匀快速生长。但在中后期，PEO过程主要向少数局部区域偏聚，发生连续高温放电现象。根据王立世等报道的研究结果，放电区域温度瞬间可达上万度。本项目组近期研究结果表明，几毫秒内放电区域可达几千度高温。这种局部高温放电偏聚过程造成陶瓷层局部过烧损耗以及临近放电区的电解液快速升温而作大量无用功，并且非常不利于陶瓷层正常的均匀生长。为了减轻这种过热过烧现象，还需要加强对电解液的循环冷却而额外耗能，这进一步降低了能效。

基于击穿阻抗的概念，可以预测：在PEO初期，击穿阻抗小且分布均匀；PEO中后期击穿阻抗发生非均衡发展。考察参与PEO过程的各关键因素，我们初步认为，导致击穿阻抗发生非均衡发展的原因是由电、热、重力、振动等微观作用场非均匀性分布引起的，但其中的关键因素和相互作用机制问题尚需进一步研究。

为了抑制PEO中后期击穿阻抗的非均衡发展，需要在揭示击穿阻抗形成机理的基础上，寻找抑制击穿阻抗非均衡发展的有效方法。如果所提出的方法能够有效的抑制击穿阻抗非均衡发展，可进一步验证所揭示的击穿阻抗机理的正确性。向PEO陶瓷层内适当引入微缺陷可使得击穿阻抗非均衡发展现象消失或显著减轻，即从源头上对击穿阻抗非均衡发展现象加以抑制。类似陶瓷二极管被击穿后阻抗迅速消失的现象，在放电偏聚区以外的高击穿阻抗区域内适当地引入微缺陷，大量微缺陷成为放电击穿点，即可将高击穿阻抗区变成低击穿阻抗区，改善PEO陶瓷层击穿阻抗特性，避免出现明显的放电偏聚区，从而促进陶瓷层均匀快速生长，减少能量的无用功消耗。

目前尚无采用微缺陷诱发来抑制击穿阻抗非均衡发展的研究报道，但国内外关于微缺陷改变材料物理和力学性能的研究成果为本方法的提出提供了有益的参考。例如，介电材料中微缺陷增加可以降低击穿强度；陶瓷内第二相相变时由于比容差而产生的微裂纹，可通过裂纹分叉与偏转耗能等微观机制来提高陶瓷的断裂韧性。http://www.dgzhenghang.com.cn