冷烧结技术的研究现状及发展趋势

采用常规热烧结实现陶瓷粉体的致密化,烧结温度通常超过1000℃,这不仅需要消耗大量能源,还会使一些陶瓷材料在物相稳定性、晶界控制以及与金属电极共烧等方面面临挑战。近年来提出的冷烧结技术(Cold Sintering Process,CSP)可将烧结温度降低至400℃以下,利用液相形式的瞬态溶剂和单轴压力,通过陶瓷颗粒的溶解-沉淀过程实现陶瓷材料的快速致密化。冷烧结技术具有烧结温度低和时间短等特点,自开发以来受到广泛关注,目前已应用于近百种陶瓷及陶瓷基复合材料,涉及电介质材料、半导体材料、压敏材料和固态电解质材料等。本文介绍了冷烧结技术的发展历程、工艺技术及其致密化机理,对其在陶瓷材料及陶瓷-聚合物复合材料领域的研究现状进行了综述,其中根据溶解性的差异主要介绍了Li2MoO4陶瓷、ZnO陶瓷和BaTiO3陶瓷的冷烧结现状。针对冷烧结技术工艺压力高的问题及可能的解决途径进行了探讨,并对冷烧结技术未来的发展趋势进行了展望。

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。

冷烧结技术制备陶瓷材料综述

冷烧结技术在降低陶瓷材料烧结温度、优化组织结构、提高物理化学性能方面拥有巨大的优势和广阔的发展前景,但冷烧结技术仍处于发展的早期阶段。综述了冷烧结技术的致密化机理,详细介绍了冷烧结技术在各种陶瓷材料制备中的应用及发展情况,最后分析了冷烧结技术当前所面临的问题并提出了展望。

5G/6G材料专题序

信息传输方式的不断变革是人类文明演进的基础,也是科学技术发展的重要引擎。成立于上世纪二十年代、以提高电话通信距离为初期目标的贝尔实验室在此后的近百年中,先后发展出了晶体管、信息论、太阳能电池、通信卫星等影响人类历史进程的重大发明。今天,无线通信技术成为信息传输的重要方式,并已经历了5代,成为智能社会的基础,5G无线通信网络已经实现商用,基于毫米波乃至太赫兹频率的6G通信已开始布局。值得指出的是,无论是5G技术还是6G技术,其设计之初基本上都是基于应用和系统层面,而作为最底层的物理层的问题基本上都被默认为是可解决的。这样的设计思路,使得作为物理层基础的材料与器件尽可能被动地满足设计的要求,这对材料科学技术来说,即是挑战,也是机遇。

铒镱双掺氧化镥钆透明陶瓷的制备及发光特性

采用柠檬酸燃烧法,1 000℃煅烧2 h得到Gd^(3+)掺杂量为25%(摩尔分数,下同)的Er,Yb:(LuGd)_2O_3陶瓷粉体。研究了Er^(3+)、Yb^(3+)掺杂量对粉体发光强度的影响。粉体的发光性能表明,掺杂量为4%Er^(3+)和5%Yb^(3+)的粉体样品的激发和发射光谱强度最大,在563和661 nm处有较强的发射峰,对应Er^(3+)的~4S_(3/2)/~2H_(11/2)→~4I_(15/2)跃迁和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁。采用掺杂量分别为4%Er^(3+)、5%Yb^(3+)和25%Gd^(3+)在1 000℃煅烧的Er,Yb:(LuGd)_2O_3粉体作为原料,用冷等静压–真空烧结技术在1 800℃烧结20 h制备出Er,Yb:(LuGd)_2O_3陶瓷,尺寸为?10 mm×l mm陶瓷样品的平均透过率为68.7%。陶瓷样品的上转换发射峰强度高于粉体样品。