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颠覆传统:只要1分钟的超快烧结陶瓷工艺
2020年05月11日 发布 分类:技术前沿 点击量:159
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我们关注到一篇在5月1日发表,以“A General Method to Synthesize and Sinter Bulk Ceramics in Seconds”为题,并且登上science封面的论文。这项研究是由美国马里兰大学胡良兵教授领导的,通过两条碳带电阻发热,使得夹层中的陶瓷前驱体粉末在惰性气氛下在3000℃高温下快速烧结氧化物陶瓷,整个过程仅1分钟,在业内引发震动。

 

传统陶瓷烧结往往需要数小时甚至更久时间,不仅耗时耗能,并且容易出现各种复杂情况。而这种被研究团队命名为UHS的方法竟然将时长大幅缩短至几乎可以忽略不计。

 

UHS装置和工艺示意图

如图所示,研究人员将陶瓷前驱体粉末直接夹在两个焦耳加热碳条之间,通过辐射和快速加热,诱导形成均匀的高温环境,从而用于陶瓷材料的快速合成和反应烧结。在惰性气氛中,这些加热元件可以提供高达3000°的温度,足以合成和烧结几乎任何陶瓷材料, 使得短的烧结时间也有助于防止多层结构界面的挥发和不良的扩散。同时UHS工艺还与陶瓷前驱体的3D打印兼容,除了在多层陶瓷化合物之间有明确的界面外,还能产生新的烧结结构。此外,UHS的快速实验验证与新材料的计算结果相结合,这有利于新的超越材料本身的发现。这种陶瓷烧结技术的发现也推动了包括薄膜SSE和电池内新的应用的发展前景。

 

UHS与常规烧结各项指标及电镜对比

这种超快烧结过程中,胚体样品的固相反应和烧结过程同时进行。与传统烧结方法明显划分的初期,中期,后期阶段不同,UHS烧结过程中,样品孔隙率和晶粒大小的变化并没有明显的阶段区分。UHS的快速烧结过程,可以有效抑制陶瓷组分中易挥发元素的损失;高的烧结温度可以保证陶瓷结构的致密性,合成出的陶瓷密度高达94%以上。

电子版地址

https://www.sciencemagazinedigital.org/sciencemagazine/01_may_2020/MobilePagedReplica.action?pm=1&folio=522#pg104

论文地址

https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521

粉体圈 编译 YUXI

 

 


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