低溫燒結讓陶瓷展現新的競爭力！

材料牛注：美國研究人員成功采用低溫燒結獲得了性能優異的陶瓷材料，低成本的燒結過程為陶瓷材料的發展提供了新的方向。

無論是業余愛好者收藏的陶瓷還是工業中的高性能陶瓷，它們都需要經歷高溫（通常高于1000℃）燒結過程才具有使用價值。在燒結過程中，單個粒子通過“烘焙”聚集，使材料致密，獲得所需的性能。

近日，美國研究人員經試驗證實，陶瓷燒結也可以在低溫下進行。低溫燒結基于在促進材料致密化的關鍵轉變過程中添加少量水分。

石器時代以來，陶瓷一直通過高溫燒結制取。而目前，許多陶瓷材料中的無機材料和復合材料，在室溫至200℃之間也可以實現燒結。

傳統的高溫燒結過程中，陶瓷粉末粒子聚集成為堅硬而致密的物體。高溫擴散會減小粉末粒子較高的表面自由能，從而使聚合過程發生。“相較而言，低溫燒結是通過水中的界面效應使材料致密，在壓力的作用下，低溫燒結需要的時間較短，幾分鐘即可”，美國濱州州立大學學者Randall解釋道。

少量的界面水分作為瞬態液體對陶瓷粒子起作用。在大多數的陶瓷材料中，第一步是溶解不同粒子邊界的尖銳邊緣，減少粒子的表面自由能。接下來，在合適的壓力和溫度作用下，溶解的材料通過液相和優先析出相遠離粒子間的接觸區域。在這個過程中孔隙被關閉，材料逐漸致密。

Randall認為，“低溫燒結充當了多種無機化合物的‘調色板’，包括碳酸鹽、磷酸鹽等。低溫燒結獲得的陶瓷樣品性能與傳統陶瓷相當”。濱州州立大學的研究人員采用了氯化鈉、氧化釩等化合物進行了驗證試驗并獲得了預期的實驗結果。

“金屬基陶瓷復合材料，高分子和其它高性能陶瓷材料的市場需求不斷增加。但由于不同材料熱穩定性、化學兼容性等性能存在差異，不同成分組成的系統并不容易通過高溫實現燒結，” Randall表示，“這個問題在低溫燒結中就明顯弱化了，而且低溫燒結成本低，極具發展潛力。”由此可見，由金屬陶瓷、高分子陶瓷或其它陶瓷材料通過低溫燒結獲得的復合材料有望為下一代技術提供新材料、新性能。

原文鏈接：Cold sintering of ceramics instead of high-temperature firing。

文獻鏈接：Cold Sintering: A Paradigm Shift for Processing and Integration of?Ceramics。

本文由編輯部楊浩提供素材，李玉飛編譯，點我加入材料人編輯部。

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