先进陶瓷新型快速烧结技术总结

如题所述

第1个回答  2024-04-16

在过去的二十年间,全球科技界涌现了一波先进陶瓷烧结技术的革新浪潮,其中包括自蔓延高温烧结(SHS)、微波烧结和放电等离子烧结(SPS)等。SHS技术以其独特的放热反应机制,简化了设备并降低了能耗,为多化合物合成开辟了新路径;微波烧结则以高效能的微波加热,实现了低温快速烧结,节约了宝贵的能源;而SPS更是凭借直流脉冲电流的快速致密化能力,赢得了广泛应用的青睐。


其中,SPS技术更是以卓越的性能脱颖而出,它通过大电流快速加热,能够以惊人的1000℃/分钟的速度提升温度,适用于超高温陶瓷和难熔金属等复杂材料的制备。而2010年问世的电场加速烧结(FS),则是以电场为驱动,将炉温降低,同时精细调控场强和电流,显著缩短烧结周期,抑制晶粒过度生长。低温烧结新工艺CS则通过瞬时溶剂和高压,仅需120-300℃就能实现高效致密化,显著降低了能耗和对材料的限制。


图3、4、5分别展示了FS和CS的原理与实际操作流程,它们以创新的方式挑战了传统的烧结技术,为陶瓷材料的制备提供了全新的视角。


在陶瓷制备过程中,首先通过水溶液的润湿作用,促使颗粒表面的物质溶解,形成液相,颗粒在压力的作用下排列并球形化,提高了密度。接下来,压力和温度的协同作用推动溶质扩散,实现了材料的致密化,同时有效地抑制了晶粒的过度生长。振荡压力烧结(OPS)技术作为这一领域的革新,通过持续的振荡压力,促使颗粒重新排列,加快扩散速度,同时有效排出气孔,从而增强了材料的致密度,并显著降低了烧结温度和时间,这对于制备高强度、高可靠性的陶瓷材料至关重要。


尽管如此,陶瓷材料在可靠性和致密度方面仍有待突破,OPS技术正是瞄准了这一挑战,为实现无气孔、结构均匀的陶瓷块体的制备,提供了一条全新的路径。未来,OPS技术的目标是打造适应极端应用需求的高性能陶瓷材料,引领陶瓷科技的新篇章。


OPS技术的创新之处在于,它以振荡压力的精妙调控,优化了烧结过程,缩短了扩散路径,强化了烧结动力,有效地消除了气孔,抑制了晶粒的生长,从而为陶瓷材料的性能提升开启了新的可能。
总结

陶瓷材料的革新旅程仍在继续,OPS技术作为其中的关键一环,不仅革新了烧结工艺,也为解决陶瓷材料的可靠性和致密度问题提供了强大而有效的解决方案,预示着陶瓷科技的未来将更加光明,为极端应用的材料需求打开了一扇新的大门。