超聲波促進玻璃化結構馳豫和晶化現象

超聲波促進玻璃化結構馳豫和晶化；超聲表面波在金屬或氧化物表面層產生晶格諧振促進固體表面催化；超聲波使半導體的缺陷體系發生可觀的變化，當超過某臨界值時，產生新位錯和空位、發生原子斷鍵；氧化鐵中缺陷濃度因超聲引起的變化，直接影響了鎂鐵氧體的形成動力學，提高了擴散控制的固態反應活性，細化了燒結體顯微組織。采取聲源平行于陶瓷層表面的超聲波波長量級往復運動的措施，使波峰位置在試樣表面連續不斷變化，可獲得提高缺陷密度、降低缺陷尺寸的效果。

等離子體電解氧化陶瓷層需要借助于放電擊穿，從而需要消耗能量，可稱此為擊穿阻抗，這里擊穿阻抗是指陶瓷層表面某個位置上每發生一次電擊穿所需的能量，它與擊穿強度、擊穿電流、擊穿電壓以及陶瓷層厚度、質量和相組成等重要因素直接相關，是一個綜合表征介電材料和擊穿模式相互作用過程動態特性的關鍵參量。基于PEO陶瓷層擊穿阻抗概念，我們認為在PEO中后期陶瓷層各處擊穿阻抗發生兩極分化，即非均衡發展，是導致PEO工藝的中后期功效低下問題的根本原因。目前，在國際上尚未見到從本質上系統性揭示類似擊穿阻抗形成機理的研究報道，但近年來國內外科研人員開展的大量PEO理論與實驗研究工作為該研究方向提供了一些有益參考。

在PEO過程中，陽極表面氣膜和氧化膜擊穿是PEO陶瓷層生長的基本條件。PEO初期氧化陶瓷層較薄，各處發生擊穿放電的機會比較接近，PEO過程在陽極表面均勻進行。陽極表面分布著密集的等離子體放電微弧斑點，且這些微弧斑點沿陽極表面快速游動，不斷改變位置，使陶瓷層得以均勻快速生長。但在中后期，PEO過程主要向少數局部區域偏聚，發生連續高溫放電現象。根據王立世等報道的研究結果，放電區域溫度瞬間可達上萬度。本項目組近期研究結果表明，幾毫秒內放電區域可達幾千度高溫。這種局部高溫放電偏聚過程造成陶瓷層局部過燒損耗以及臨近放電區的電解液快速升溫而作大量無用功，并且非常不利于陶瓷層正常的均勻生長。為了減輕這種過熱過燒現象，還需要加強對電解液的循環冷卻而額外耗能，這進一步降低了能效。

基于擊穿阻抗的概念，可以預測：在PEO初期，擊穿阻抗小且分布均勻；PEO中后期擊穿阻抗發生非均衡發展。考察參與PEO過程的各關鍵因素，我們初步認為，導致擊穿阻抗發生非均衡發展的原因是由電、熱、重力、振動等微觀作用場非均勻性分布引起的，但其中的關鍵因素和相互作用機制問題尚需進一步研究。

為了抑制PEO中后期擊穿阻抗的非均衡發展，需要在揭示擊穿阻抗形成機理的基礎上，尋找抑制擊穿阻抗非均衡發展的有效方法。如果所提出的方法能夠有效的抑制擊穿阻抗非均衡發展，可進一步驗證所揭示的擊穿阻抗機理的正確性。向PEO陶瓷層內適當引入微缺陷可使得擊穿阻抗非均衡發展現象消失或顯著減輕，即從源頭上對擊穿阻抗非均衡發展現象加以抑制。類似陶瓷二極管被擊穿后阻抗迅速消失的現象，在放電偏聚區以外的高擊穿阻抗區域內適當地引入微缺陷，大量微缺陷成為放電擊穿點，即可將高擊穿阻抗區變成低擊穿阻抗區，改善PEO陶瓷層擊穿阻抗特性，避免出現明顯的放電偏聚區，從而促進陶瓷層均勻快速生長，減少能量的無用功消耗。

目前尚無采用微缺陷誘發來抑制擊穿阻抗非均衡發展的研究報道，但國內外關于微缺陷改變材料物理和力學性能的研究成果為本方法的提出提供了有益的參考。例如，介電材料中微缺陷增加可以降低擊穿強度；陶瓷內第二相相變時由于比容差而產生的微裂紋，可通過裂紋分叉與偏轉耗能等微觀機制來提高陶瓷的斷裂韌性。http://www.bjzazl.cn