光恒兄问我对于磁场烧结有没有兴趣，我没有做过这个方向，不过C兄利用单模微波烧结方法发现在磁场和电场强度最大的区域微波烧结并不是最好，而是在中间区域协同作用下可以得到很好的烧结温度，这里面估计存在着低温和高温区域对于电场和磁场的要求。比如两相材料A+B，如果单纯使用A相的话，低温区域主要靠介电损耗升温，高温区域主要靠磁偶极子的‘摩擦’来升温，但是A相在低温处的介电损耗并不理想，如氧化铝材料，所以很难实现微波烧结。两相的好处就是联合另外一相的低温区升温优势，把A相抬上去，B相相当于susceptor。传统陶瓷结构材料一般磁导率都非常低，估计纯粹使用磁场烧结困难很大，但是烧结复相材料应该是非常有前途的方向，但是磁性材料对于结构性能（力学性质）要求可能依赖不大。

另一个在陶瓷领域利用磁场的方向是实现内部结构的织构化，通俗的说就是使得陶瓷晶粒沿着不同的方向排列，和纺布有点相似。日本的物质材料研究所Uchikoshi博士曾经在强磁场辅助下实现了氧化铝的织构化，10T，超导材料。我不知道光恒兄说的这位老兄是不是用了超导材料实现3T的反应腔，如果不是的话那真是降低了成本。成本高的另外原因可能和外围屏蔽设施有关，我不懂这些。这个研究者的研究思路很简单，虽然陶瓷材料如氧化铝的磁导率不大，而且沿着basal和prismatic晶面的磁导率相差不大（4.19x10-9 emu），但是通过计算在10T磁场下得到的偏转能量比随机热振动能kT还是要高了一些，有可能能够实现磁场下晶粒沿着不同的晶轴方向偏转，具体到氧化铝材料就是basal面（0001）会面朝大海，春暖花开了。不过他们是采用两步法，第一步在高固相含量氧化铝溶液中利用电泳沉积法联合高磁场取向得到特定结晶‘取向’的氧化铝生坯。什么是电泳沉积？就是先调溶液pH值使氧化铝表面带上正电荷，然后插入两个极板，氧化铝颗粒自然就会向带负电荷的阴极跑去并不断沉淀下来。如果这时候还加上磁场，那么特定的晶面就会跑在前面。

 

但是你注意观察文章中的实验结果就会发现很奇怪的事情，生坯的XRD谱并没有出现很明显的织构现象，也就是说生坯上表面和侧面的晶粒结晶取向并不是如示意图所说的那么明显。作者没有解释这个现象，我想和内摩擦力（高固相含量）和氧化铝的低电导（造成大电压降在很薄的沉积层间），后者可能影响更大。

作者第二步就是将生坯烧结，烧结后的陶瓷体结晶取向更加完美一些。我们可以从下面的XRD图谱可以看出来，对于basal晶面如（00c）的衍射峰强度都得到增强，某些特殊晶面因为和basal晶面夹角甚小，所以也鸡犬升天都小人得志了，如（10 10）晶面。

然而作者声称氧化铝陶瓷虽然在三维方向上结晶存在取向（crystalline texture or anisotropics），晶粒本身的形状还是等轴的，不是长成长柱装或者板凳状。实际上我们可以从他们以后的研究中可以看到即便是microstructure也已经anisotropic growth了。

磁场辅助陶瓷晶粒取向的意义就在于利用不同晶面的物理性质，如摩擦性质、硬度性质、光学性质、电学性质，当然还有磁学性质。

这个小组继续使用这个方法，不过只是变换了一下沉积氧化铝粉体过程中电极板和磁场方向的夹角，结果得到了人工可控的织构化陶瓷，这里只是贴出其中一张SEM照片，感兴趣可以阅读原文，见文后附件。

可以很明显地看到晶粒的排布和取向。

最近上海硅酸盐研究所王士维组的毛晓健（音译）采用12T磁场获得了可见光高透过率的透明氧化铝陶瓷，其中的原因就是减少了不同晶面间光的折射。（http://www.sciencenet.cn/htmlpaper/20092271020105765277.html）

当然如果只是简单地向实现单一的一维方向排列，Pennsyvania state Univ.的G. L. Messing发展出来的晶籽诱导生长法，也就是将平板状的氧化铝晶粒作为晶籽加入氧化铝前驱体或者粉体中，采用流延法使得这些晶籽都躺下来，然后再烧结过程中定向生长。Messing教授也因为这种方法在陶瓷界获得了很高的声誉。

（messing教授的作品）

Uchikoshi-1

 

Uchikoshi-2

 

Messing

 

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