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低温烧结让陶瓷展现新的竞争力!

时间:2016-08-25 22:07 点击:

      美国研究人员成功采用低温烧结获得了性能优异的陶瓷材料,低成本的烧结过程为陶瓷材料的发展提供了新的方向。

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      无论是业余爱好者收藏的陶瓷还是工业中的高性能陶瓷,它们都需要经历高温(通常高于1000℃)烧结过程才具有使用价值。在烧结过程中,单个粒子通过“烘焙”聚集,使材料致密,获得所需的性能。

      近日,美国研究人员经试验证实,陶瓷烧结也可以在低温下进行。低温烧结基于在促进材料致密化的关键转变过程中添加少量水分。

      石器时代以来,陶瓷一直通过高温烧结制取。而目前,许多陶瓷材料中的无机材料和复合材料,在室温至200℃之间也可以实现烧结。

      传统的高温烧结过程中,陶瓷粉末粒子聚集成为坚硬而致密的物体。高温扩散会减小粉末粒子较高的表面自由能,从而使聚合过程发生。“相较而言,低温烧结是通过水中的界面效应使材料致密,在压力的作用下,低温烧结需要的时间较短,几分钟即可”,美国滨州州立大学学者Randall解释道。

      少量的界面水分作为瞬态液体对陶瓷粒子起作用。在大多数的陶瓷材料中,第一步是溶解不同粒子边界的尖锐边缘,减少粒子的表面自由能。接下来,在合适的压力和温度作用下,溶解的材料通过液相和优先析出相远离粒子间的接触区域。在这个过程中孔隙被关闭,材料逐渐致密。

      Randall认为,“低温烧结充当了多种无机化合物的‘调色板’,包括碳酸盐、磷酸盐等。低温烧结获得的陶瓷样品性能与传统陶瓷相当”。滨州州立大学的研究人员采用了氯化钠、氧化钒等化合物进行了验证试验并获得了预期的实验结果。

      “金属基陶瓷复合材料,高分子和其它高性能陶瓷材料的市场需求不断增加。但由于不同材料热稳定性、化学兼容性等性能存在差异,不同成分组成的系统并不容易通过高温实现烧结,” Randall表示,“这个问题在低温烧结中就明显弱化了,而且低温烧结成本低,极具发展潜力。”由此可见,由金属陶瓷、高分子陶瓷或其它陶瓷材料通过低温烧结获得的复合材料有望为下一代技术提供新材料、新性能。