近日，中科院上硅所科研团队实现了镁铝尖晶石/镁铝尖晶石以及氧化钇透明陶瓷/钛合金之间的电场辅助快速连接，相关研究成果已在欧洲陶瓷学会（Jurnal of the European Ceramic Society）、陶瓷国际（Ceramics International）期刊发表。

相关论文：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.11.033

镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)和氧化钇陶瓷(Y₂O₃)作为高光学质量透明陶瓷，以优异的综合物理化学性能在激光、高技术和医疗等诸多领域具有广泛应用。但是，受限于陶瓷材料本身的脆性及难加工特性，透明陶瓷的连接是实际工程应用过程中面临的关键技术难题。

Y₂O₃/TC₄电场辅助快速连接界面示意图

镁铝尖晶石透明陶瓷电场辅助快速连接机理图

传统机械连接、扩散连接、钎焊连接等技术难以解决连接部件同时具有高连接强度及良好光学透过率的要求。闪速烧结（Flash Sintering）是一种新型的陶瓷烧结技术，其通过施加阈值直流电场激发大量氧缺陷，在力-热-电三场耦合作用下，能够在极短的时间内（秒级）实现陶瓷材料的连接。相比传统的烧结方法，闪速烧结能够显著降低能耗，并在较低的温度下完成烧结。

上硅所刘岩研究员首次提出将闪速烧结这种电场辅助快速连接技术应用于透明陶瓷的连接。研究团队近期通过对工艺参数、连接强度和界面形貌的调控，获得抗弯强度达到256MPa（母材自身强度的114%）且在中红外波段透过率达到85%的镁铝尖晶石/镁铝尖晶石连接件；此外同样实现了Y₂O₃透明陶瓷与TC₄钛合金的连接，连接部件最高抗剪切强度达到36±2 MPa。

研究团队还对透明陶瓷电场辅助快速连接机理提出了新的见解——透明陶瓷间的连接是接触阻抗导致焦耳热在接合界面附近积聚，使得扩散系数增大并促进肖特基缺陷的形成，同时缺陷沿电场方向快速迁移，实现界面连接；透明陶瓷与金属间的连接是电场和电流的协同作用，氧空位在阈值电场作用下生成并与电子结合，在界面附近聚集成微孔，同时在焦耳加热和电流电迁移的共同作用下与原子/离子发生快速反应而实现连接。

参考来源：上硅所