【摘 要】
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具有一系列优异性能的结构陶瓷与许多现代新兴科学技术有着紧密的联系。然而,陶瓷材料的固有脆性导致其难以使用传统的塑性加工来成形复杂的高精度陶瓷零件,进而在很大程度上制约着结构陶瓷的发展。研究结构陶瓷的低温快速超塑性变形,可以为精密陶瓷零件的加工提供新的方向。本文通过恒速度和恒载荷拉伸实验及微观形貌分析,较系统地研究了交流电场辅助下3YSZ陶瓷的低温快速超塑性变形行为、伴随变形发生的微观组织和力学性能
【基金项目】
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国家自然科学基金（51802271、51732009）；
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具有一系列优异性能的结构陶瓷与许多现代新兴科学技术有着紧密的联系。然而,陶瓷材料的固有脆性导致其难以使用传统的塑性加工来成形复杂的高精度陶瓷零件,进而在很大程度上制约着结构陶瓷的发展。研究结构陶瓷的低温快速超塑性变形,可以为精密陶瓷零件的加工提供新的方向。本文通过恒速度和恒载荷拉伸实验及微观形貌分析,较系统地研究了交流电场辅助下3YSZ陶瓷的低温快速超塑性变形行为、伴随变形发生的微观组织和力学性能演变以及可能的变形机理。主要结果如下:（1）在160～240 m A·mm-2电流密度的交流电场辅助下,将3YSZ陶瓷的超塑性变形温度降低至700℃,并在10-3～10-2 s-1的应变速率范围内实现了3YSZ陶瓷的伸长率大于400%的低温快速超塑性变形。与传统温度场和力场作用下的超塑性变形相比,电场辅助变形显著降低了流变应力,流变应力的降低与交流电场辅助变形过程中试样的传导特性有关。（2）恒速度拉伸变形时,初始流动应力随着电流密度和频率的增加而减小,伸长率随着交流电场频率的增加而增加;变形初期的应力降低程度随着应变速率的提高而提高,随着电流密度的增加而降低。恒载荷拉伸变形时,拉伸伸长率和变形速率均随着电流密度的增加呈先增大后减小的趋势。（3）变形前后的物相保持一致,均为四方相;变形前后的晶粒形状均为等轴状。在变形初期的应力下降阶段,孔洞数量、相对密度分别随着应变的增加而增加、减小;随着应变的增加,进入稳定变形阶段后,孔洞数量、相对密度反而会逐渐减小、提高;高速变形至稳定变形阶段后的力学性能（硬度、断裂韧性）未发生明显的降低。（4）利用变形曲线中的相关数据,计算出应力指数在1.7～3之间,变形激活能与Zr4+的晶界扩散激活能相近。推测3YSZ陶瓷在交流电场辅助下的低温快速超塑性变形的可能机理为扩散-位错运动协调的晶界滑移,变形速率受Zr4+沿着晶界的扩散所控制。
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