再见传统耗时的陶瓷烧结工艺,10秒快速烧造陶瓷的技术来了!

马里兰大学材料科学与工程系胡良兵,莫一非、弗吉尼亚理工大学郑小雨和加州大学圣迭戈分校骆建合作将具有26000年历史的陶瓷制造工艺重新改造成一种创新的陶瓷材料制造方法,这种陶瓷材料在固态电池、燃料电池、3d打印技术等领域有着广阔的应用前景。相关论文以“A general method to synthesize andsinter bulk ceramics in seconds”为题,今日发表在《Science》上,并被选为封面论文,登上《Science》头条滚动推广。

再见传统耗时的陶瓷烧结工艺,10秒快速烧造陶瓷的技术来了!

陶瓷广泛用于电池、电子产品和极端环境中,但是传统的陶瓷烧结工艺通常需要数小时才能完成而且品质控制较差。为了克服这一挑战,研究人员发明了一种超快的高温烧结方法,既可以满足现代陶瓷的需求,又可以促进新材料的发现。

再见传统耗时的陶瓷烧结工艺,10秒快速烧造陶瓷的技术来了!

在制造电池固态电解质过程中,采用传统的烧结工艺耗时漫长,需要给炉子加热数小时,之后烧制数小时,才能完成陶瓷材料的“烘烤”。尽管开发出了微波辅助烧结、放电等离子烧结、快速烧结等代替工艺,由于材料特殊或者价格昂贵而受限。

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陶瓷烧结工艺

联合研究团队开发出超高速高温烧结新方法具有加热速度快冷却速度快温度分布均匀烧结温度高达3000摄氏度等优点。综合起来,这些工艺所需的总处理时间不到10秒,比传统的烧结炉方法快1000倍以上

胡良兵表示:通过这项发明,首先将陶瓷前驱体粉末压坯,之后夹在两根碳条之间,通过碳条的辐射和传导迅速加热了陶瓷前驱体,创造了一个持续的高温环境,迫使陶瓷粉末快速凝固。目前产生的温度足够高,基本上可以烧结任何陶瓷材料。这一专利工艺可以扩展到陶瓷以外的其他膜。

Luo Jian表示:“超快高温烧结技术是超快烧结技术的一个突破,不仅因为它普遍适用于各种功能材料,同时这项技术可以通过保留或产生额外的缺陷,用于创造非平衡态材料”。

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目前该技术由HighT-Tech LLC进行商业化。Mo Yifei表示:这种新方法解决了计算和人工智能材料发现中的关键瓶颈问题,我们以前所未有的速度加快了材料发现的新范式。

Zheng Xiaoyu表示:我们很高兴看到热解时间从几十小时缩短到几秒,在快速烧结后,并保留了精细的3D打印结构。

全文链接:

https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521

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