随着科技与工业的快速发展,材料制备技术的要求也逐步提高,电流辅助烧结技术应运而生。电流辅助烧结是采用交流或直流脉冲大电流通过粉体实现快速烧结和致密化的工艺。相比于粉末激光烧结等新工艺,其产品具有更好的力学性能,在降低成本,减小能耗的同时烧结时间最低缩短到十几分钟,有着极其诱人的工业应用前景。其烧结机理的研究正是工业化推广的最为基础和关键问题,它将为电流辅助烧结技术的生产工艺优化与材料性能的控制提供直接指导,有助于开发定制具有特定微观结构和性能的新型材料。论文以碳化硅陶瓷材料为研究对象,主要完成了以下三方面的工作:(i)不同于传统相场法的单向耦合,本文建立了一套结合相场法的热-力-电-扩散交互耦合方程,对碳化硅粉末在烧结中的成型机理、烧结驱动力的演化以及各物理场对烧结致密化的作用进行了研究;(ii)在热压烧结模拟中,给出了浓度、温度和应变梯度驱动力在烧结中的占比变化趋势,发现在不同烧结阶段三种驱动力占比会发生明显转折,据此提出了烧结的三阶段假设;(iii)在电流辅助烧结模拟中,电流密度对烧结激活能的影响通过扩散系数引入耦合方程,实现了电流活化作用可实时影响扩散行为,以此模拟电流辅助烧结的快速致密化行为。具体工作如下,本文先模拟了不同温升率热压烧结下的微结构演化情况,模拟结果与实验结果趋势基本相符。且发现烧结过程中浓度梯度驱动力和应变梯度驱动力在烧结过程中随着烧结的进行迅速减小。而温度梯度驱动力在升温期间逐渐增大,在温升结束时达到峰值,而后也逐渐降低。而随着温升率越高,烧结致密化所需时间逐步缩短。且在不同温升率情况下颈部浓度梯度驱动力和应力梯度驱动力随相对密度变化曲线几乎完全相同,即浓度梯度驱动力仅与烧结颈部形态相关,与烧结速度无关。而温度梯度驱动力随着温升率的提高而增大。进一步的在假设恒温烧结的情况下,拟合了烧结驱动力与烧结颈长速率的动力学关系,其在不同相场参数和烧结温度下均成立,且在不同烧结温度下参数变化也符合经典的动力学理论预期。根据浓度、温度和应变梯度驱动力占比在烧结过程中的变化趋势,给出了烧结初期、烧结中期和烧结后期三个阶段对应的相对密度特征点,我们称之为三阶段假设。其对应的各阶段特征点对应相对密度与实验观测得到的烧结拓扑模型基本相符,并验证了在不同的外部压力、升温速率下三阶段假说均成立。而后对电流辅助烧结过程的微结构演化进行了模拟,对比相同条件下的热压烧结发现,烧结粉体在电场作用下致密化速率显著加快。且烧结颈部存在明显的电流集中效应,在电流激活作用下颈部扩散迁移率远大于其它区域,极大的促进烧结致密化。进一步的对电流产生的焦耳热效应、电迁移效应以及电流活化效应进行了定量评估。模拟结果表明,电流密度对激活能的影响在快速致密化过程中起主要作用,焦耳热效应引起的温度梯度对致密化几乎无影响,而由于SiC为半导体,烧结中电流密度较小,电迁移效应也不明显。而扩散通量分布也表明,电流的活化作用在会使得烧结颈部由于电流集中效应而大幅激活,使得烧结颈部快速升长,加速烧结致密化。