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。

2016年, Guo等[20]以去离子水为中间液相, 在120 ℃和100~500 MPa单轴压力下对Li₂MoO₄粉体进行15~20 min的保温, 成功制备出无杂相、致密度>90%的Li₂MoO₄冷烧结微波介质陶瓷, 其微波介电性能可与540 ℃传统高温烧结相媲美。在120 ℃和350 MPa单轴压力下保温15 min, Li₂MoO₄冷烧结陶瓷的致密度可达95.7%, 相对介电常数ε_r为5.6, 品质因数Q×f为30500 GHz, 温度系数TCF为-1.74×10-4 ℃-1。他们还发现在该条件下冷烧结的陶瓷晶粒与原始粉体颗粒的尺寸相近(图3)。因此, Guo 等[20]指出CSP可以用于烧结制备亚微米级或纳米级晶粒尺寸的新型功能陶瓷材料。此研究充分证明了CSP的可行性及其技术优势, 故Li₂MoO₄等钼酸盐体系的微波介质陶瓷自研发以来一直是冷烧结陶瓷的代表性范例。