2024年1月4日，先进陶瓷学报（Journal of Advanced Ceramics）刊发国内科研成果，首次在室温下进行高纯氧化铝的闪速烧结（FS）。相关论文以“Flash sintering of high-purity alumina at room temperature”为题发表，论文地址：https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220816

闪速烧结（Flash Sintering,FS）相比传统烧结，顾名思义其特点是在非常短的时间内完成烧结过程（通常为数分钟至数十分钟）。该技术最早是由美国密歇根大学的Alexandra Navrotsky教授和她的团队在2010年左右提出的，即通过在短时间内应用极高的电场，陶瓷粉末可以在极短的时间内完成烧结。相比传统烧结中陶瓷粉体通过高温和高压的条件下逐渐缓慢结晶，有助于减少能源消耗，避免陶瓷因高温而退火或发生相变；保持样品的均匀性，减少结晶中的非均匀性。但是，高纯氧化铝电导率极低。炉温升高，所需电场强度也降低，反之亦然。过去曾有报道施加5000V·cm^-1电场，可以在1300 ℃下进行FS，并产生具有出色机械性能的样品。但迄今为止还没有记录高纯度氧化铝陶瓷的室温FS的成功实例。

(a) FS 过程中的电场和电流密度，(b) 导电通道的微观结构，(c) 闪速烧结高纯氧化铝的微观结构。

本次研究中，研究人员采用有限元模拟方法分析了电弧诱导闪速烧结过程中电弧与高纯度氧化铝样品之间的电-热偶联，揭示了电弧对氧化铝样品的热效应和电效应，最终据此提高了氧化铝样品的电导率，并在电弧约束下（电弧约束装置位于样品上方），在60kPa（千帕）下实现高纯度氧化铝的闪速烧结。氧化铝样品实现的相对密度为98.7%。该项技术证实在室温下广泛适用于包括离子导体、半导体，甚至绝缘体等。

编译整理 YUXI