- 頭條科研簡報：冷燒結技術的研究進展及其在電工領域的潛在應用2022-07-19 作者：康晟淋、趙學童 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、金屬材料強度國家重點實驗室（西安交通大學）的研究人員康晟淋、趙學童、張潔心、郭靖、楊麗君，在2022年第5期《電工技術學報》上撰文，從冷燒結機理及其在電工領域的潛在應用兩個方面對冷燒結技術的研究進展進行了綜述，主要介紹了冷燒結陶瓷的致密化過程和制備工藝，并著重分析了過渡液相的分類及其對冷燒結過程的輔助作用。
采用傳統燒結方法實現陶瓷材料致密化，通常需要1000℃以上的高溫，導致陶瓷材料在物相穩定性、晶界控制及復合燒結等方面受到極大的挑戰。最近提出的冷燒結技術可將燒結溫度降低至300℃以下，在短時間內，利用過渡液相和單軸壓力，通過陶瓷粉體的溶解-再沉淀過程實現陶瓷的致密化。低溫、快速燒結等特點使冷燒結技術在陶瓷燒結領域具有諸多優勢。
冷燒結技術的研究和應用不僅涉及一系列的重要物理、化學和材料問題，也關系到能源節約和環境保護。在過去的近20年里，國內外學者致力于開發新的低溫燒結技術。冷燒結技術的提出實現了陶瓷與聚合物、揮發性添加劑以及金屬等材料的冷燒共燒，有望在微波介電材料、高電位梯度壓敏陶瓷、柔性陶瓷-聚合物材料、高強度-高絕緣的氧化物陶瓷、固態電解質、熱電材料、壓電傳感器、陶瓷電容器等新型電工材料的開發取得突破性進展。
圖 冷燒結裝置
輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、金屬材料強度國家重點實驗室（西安交通大學）的研究人員康晟淋、趙學童、張潔心、郭靖、楊麗君，在2022年第5期《電工技術學報》上撰文，從冷燒結機理及其在電工領域的潛在應用兩個方面對冷燒結技術的研究進展進行了綜述，主要介紹了冷燒結陶瓷的致密化過程和制備工藝，并著重分析了過渡液相的分類及其對冷燒結過程的輔助作用。
研究人員闡述了冷燒結技術在新型電工材料如陶瓷-聚合物基功能材料（壓敏、熱電、儲能電解質）、陶瓷-二維材料（熱電）、高電位梯度ZnO壓敏陶瓷以及陶瓷-金屬多層陶瓷（儲能電容器）共燒中的應用，并進一步分析了冷燒結和其他燒結技術結合的可行性。冷燒結技術的提出為陶瓷低溫燒結的機理研究、新型陶瓷和陶瓷基復合材料的開發及其在電工領域的應用提供了新的思路和參考。
但是，研究人員也指出，目前冷燒結技術的推廣應用和工業化方面仍面臨巨大的挑戰。
1）冷燒結機理復雜。不同的陶瓷體系通常需要不同的輔助液相和燒結條件，摻雜改性劑的添加也會對冷燒結過程產生影響，現有的理論還不能完美地解釋陶瓷的冷燒結過程。
2）液相選擇問題。輔助液相的選擇對冷燒結過程至關重要，對一些難溶和不一致溶融的陶瓷材料，由于缺乏合適的輔助液相而無法實現冷燒結。
3）力學性能有待加強。對于一些陶瓷體系，雖然采用冷燒結可以實現致密化和電性能的提升，但與傳統燒結的試樣相比，機械強度相對偏弱，導致無法實際應用。
4）工業化生產問題。現有的冷燒結技術仍在實驗室研究階段，仍存在影響其工業化應用的諸多因素，比如制備的試樣尺寸小，大尺寸樣品內部的快速均勻傳熱，工業化冷燒結裝置的研發等問題。
本文編自2022年第5期《電工技術學報》，論文標題為“冷燒結技術的研究進展及其在電工領域的潛在應用”，作者為康晟淋、趙學童 等。
