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。

2021年, Sada等[57]以Ba(OH)₂·8H₂O为液相助烧剂, 实现了BaTiO₃与体积分数5% PTFE的冷烧结共烧, 其显微结构与性能如图10所示。BaTiO₃- PTFE冷烧结复合材料总体上具有均匀且致密的微观结构, 但部分区域内存在PTFE偏析。在性能方面, 该复合材料的电阻率与纯BaTiO₃冷烧结陶瓷相比提高了4个数量级, 高达1012 ?·m。此外, 该复合材料还具有较高的室温相对介电常数, 在1 MHz下达到790, 同时介电损耗仅为0.014, 低于纯BaTiO₃冷烧结陶瓷的损耗(0.09)。以上研究工作充分证明, 通过冷烧结制备陶瓷-聚合物复合材料的可行性和设计多样性, 冷烧结技术不仅弥合了陶瓷与聚合物材料的加工温度差, 而且实现了陶瓷-聚合物复合材料性能的可调控化, 展现出广阔的应用前景。