中國粉體網(wǎng)訊  近日，俄羅斯科研團隊一項在純水中以冷燒結(jié)（Cold Sintering Process，CSP）方式制備多孔氧化鋁陶瓷的成果發(fā)表在陶瓷“ceramics”期刊。該研究成果首次展示了在純水的情況下用冷燒結(jié)工藝制備多孔氧化鋁陶瓷。

多孔氧化鋁陶瓷廣泛應用于各種應用，包括過濾器、基板和生物醫(yī)學材料，它的制備路線有多種，例如部分燒結(jié)、犧牲模板、復制技術(shù)、直接發(fā)泡和3D打印。但是，這些方法都涉及多個工序以及1500℃以上的高溫燒結(jié)，這需要昂貴的設備和高能耗。

冷燒結(jié)：先進陶瓷材料的新型燒結(jié)技術(shù)

2016年, 美國賓夕法尼亞州立大學的Randall團隊在水熱熱壓燒結(jié)的基礎上提出了一種新型超低溫燒結(jié)技術(shù)，并命名為冷燒結(jié)技術(shù)(CSP)。

冷燒結(jié)工藝需在陶瓷粉體中加入適量的液相（水或揮發(fā)性溶液），均勻潤濕顆粒。然后對混合施壓壓力（350-500MPa）將顆粒壓實，使粉體表面物質(zhì)得到分解，部分溶解在溶液中。最后在外加壓力和熱源的作用下對系統(tǒng)保持壓縮，直至液相完全排除，粉末燒結(jié)成塊體。與此同時，粉末的溶解度進一步提高，形成過飽和液體，開始在顆粒間間隙與氣孔中發(fā)生沉淀反應。

與傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)相比，冷燒結(jié)技術(shù)相對優(yōu)勢較多：

（1）冷燒結(jié)工藝可以在120-900℃溫度條件下制備致密的陶瓷，溫度相比于傳統(tǒng)燒結(jié)或先進燒結(jié)技術(shù)顯著降低。即較低溫度下實現(xiàn)陶瓷致密化，顯著降低能耗；

（2）冷燒結(jié)工藝可以抑制陶瓷燒結(jié)過程中晶粒的異常生長，得到晶粒尺寸均勻細密的陶瓷；

（3）冷燒結(jié)工藝可以有效減少高溫燒結(jié)過程中元素的揮發(fā)。

該團隊將γ-Al(OH)₃(95wt.%)和α-Al₂O₃(5wt.%)混合物放入裝有圓形加熱器和保溫層的模具中，加入蒸餾水，在90-350MPa的壓力下進行單軸壓制，加熱至380-450℃，恒溫保壓30min，冷卻至室溫后從模具中取出陶瓷樣品。實驗結(jié)果顯示，初始的γ-Al(OH)₃粉末脫水，形成γ-AlOOH和少量χ-Al₂O₃相。后續(xù)處理形成細長的γ-AlOOH晶粒，聚結(jié)成板狀結(jié)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al₂O₃晶粒。然而，較高的壓力會阻γ-AlOOH脫水并阻礙α-Al₂O₃的形成。

本次研究所制備的陶瓷開孔率達36%，證明CSP法制備多孔氧化鋁陶瓷在過濾器、熱絕緣體以及聚合物和金屬復合材料中的部件等應用方面具有廣闊的潛力。

來源：《ceramics》期刊

江潤族等：陶瓷材料冷燒結(jié)技術(shù)研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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