冷烧结技术的研究进展及其在电工领域的潜在应用

采用传统烧结方法实现陶瓷材料致密化,通常需要1000℃以上的高温,导致陶瓷材料在物相稳定性、晶界控制及复合烧结等方面受到极大的挑战。最近提出的冷烧结技术可将烧结温度降低至300℃以下,在短时间内,利用过渡液相和单轴压力,通过陶瓷粉体的溶解-再沉淀过程实现陶瓷的致密化。低温、快速烧结等特点使冷烧结技术在陶瓷烧结领域具有诸多优势。该文从冷烧结机理及其在电工领域的潜在应用两个方面对冷烧结技术的研究进展进行了综述,主要介绍了冷烧结陶瓷的致密化过程和制备工艺,并着重分析了过渡液相的分类及其对冷烧结过程的辅助作用。阐述了冷烧结技术在新型电工材料如陶瓷-聚合物基功能材料(压敏、热电、储能电解质)、陶瓷-二维材料(热电)、高电位梯度ZnO压敏陶瓷以及陶瓷-金属多层陶瓷(储能电容器)共烧中的应用,并进一步分析了冷烧结和其他烧结技术结合的可行性。冷烧结技术的提出为陶瓷低温烧结的机理研究、新型陶瓷和陶瓷基复合材料的开发及其在电工领域的应用提供了新的思路和参考。

液相对ZnO陶瓷放电等离子体烧结过程的影响

采用放电等离子体烧结技术制备了ZnO陶瓷,主要研究了液相(醋酸溶液)的添加对烧结过程的影响。结果表明,通过对初始粉料添加约10%的2 mol/L的醋酸溶液,在等离子体烧结过程中,ZnO陶瓷试样在52℃开始收缩,115℃开始致密化,160℃致密度可达95%以上,200℃即可完成致密化。在250℃烧结5 min后,晶粒尺寸从初始粉体的200 nm增长到600 nm。X射线衍射结果表明,在液相辅助等离子烧结过程中,ZnO陶瓷中未出现明显杂相,并且晶粒生长表现出沿外施压力垂直的方向取向生长。通过计算发现,液相辅助等离子体烧结ZnO陶瓷其晶粒生长活化能仅为78.8 kJ/mol,约为传统高温烧结的1/3。ZnO陶瓷试样的室温阻抗测试结果表明,晶界阻抗随烧结温度的升高而下降,从120℃烧结试样的9.82×10^(6)Ω下降到250℃烧结试样的2.75×10^(3)Ω。