再見傳統耗時的陶瓷燒結工藝,10秒快速燒造陶瓷的技術來瞭!

馬裡蘭大學材料科學與工程系胡良兵莫一非、弗吉尼亞理工大學鄭小雨和加州大學聖迭戈分校駱建合作將具有26000年歷史的陶瓷制造工藝重新改造成一種創新的陶瓷材料制造方法,這種陶瓷材料在固態電池、燃料電池、3d打印技術等領域有著廣闊的應用前景。相關論文以“A general method to synthesize andsinter bulk ceramics in seconds”為題,今日發表在《Science》上,並被選為封面論文,登上《Science》頭條滾動推廣。

再見傳統耗時的陶瓷燒結工藝,10秒快速燒造陶瓷的技術來瞭!

陶瓷廣泛用於電池、電子產品和極端環境中,但是傳統的陶瓷燒結工藝通常需要數小時才能完成而且品質控制較差。為瞭克服這一挑戰,研究人員發明瞭一種超快的高溫燒結方法,既可以滿足現代陶瓷的需求,又可以促進新材料的發現。

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在制造電池固態電解質過程中,采用傳統的燒結工藝耗時漫長,需要給爐子加熱數小時,之後燒制數小時,才能完成陶瓷材料的“烘烤”。盡管開發出瞭微波輔助燒結、放電等離子燒結、快速燒結等代替工藝,由於材料特殊或者價格昂貴而受限。

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陶瓷燒結工藝

聯合研究團隊開發出超高速高溫燒結新方法具有加熱速度快冷卻速度快溫度分佈均勻燒結溫度高達3000攝氏度等優點。綜合起來,這些工藝所需的總處理時間不到10秒,比傳統的燒結爐方法快1000倍以上

胡良兵表示:通過這項發明,首先將陶瓷前驅體粉末壓坯,之後夾在兩根碳條之間,通過碳條的輻射和傳導迅速加熱瞭陶瓷前驅體,創造瞭一個持續的高溫環境,迫使陶瓷粉末快速凝固。目前產生的溫度足夠高,基本上可以燒結任何陶瓷材料。這一專利工藝可以擴展到陶瓷以外的其他膜。

Luo Jian表示:“超快高溫燒結技術是超快燒結技術的一個突破,不僅因為它普遍適用於各種功能材料,同時這項技術可以通過保留或產生額外的缺陷,用於創造非平衡態材料”。

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目前該技術由HighT-Tech LLC進行商業化。Mo Yifei表示:這種新方法解決瞭計算和人工智能材料發現中的關鍵瓶頸問題,我們以前所未有的速度加快瞭材料發現的新范式。

Zheng Xiaoyu表示:我們很高興看到熱解時間從幾十小時縮短到幾秒,在快速燒結後,並保留瞭精細的3D打印結構。

全文鏈接:

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

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