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。

为了解决这一问题, Bang等[69]通过增大试样尺寸至表面积为25 cm2, 在单轴压力27 MPa、烧结温度140 ℃的工艺条件下, 分别实现了ZnO和LAGP陶瓷的冷烧结, 致密度可达90%以上, 如图11所示, 证实了降低单轴压力实现冷烧结致密化的可行性。但增大试样尺寸也带来了新的问题, 烧结过程中瞬态液相溶剂的不均匀挥发, 导致冷烧结试样各区域的结构不均一。其中ZnO陶瓷呈现出明显的半透明区和不透明区, 两区域的材料具有完全不一致的晶体结构、厚度和硬度(图12), 而LAGP陶瓷则在高度结晶相之间存在一定的非晶相。