冯静静, 章游然, 马名生, 陆毅青, 刘志甫

无机材料学报 2023, 38 (2): 125-136. DOI:10.15541/jim20220338

摘要（1707）

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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。

由于CSP概念提出时间较短, 对其烧结机理的理解还不成熟。目前, 研究者们普遍认为冷烧结过程可分为两个阶段, 如图2所示[20,38]。第一阶段是在室温下的加压过程, 主要发生陶瓷颗粒的局部溶解、重排和压实。在该过程中, 陶瓷粉体在中间液相作用下均匀润湿, 颗粒表面形成一层液膜。这层液膜会引起颗粒尖端的局部溶解, 并作为润滑剂加速颗粒的重排和滑移。此时适当的压力作用有利于颗粒重排和填充孔隙, 从而进一步提高压实过程中的颗粒堆积密度[20]。