首次在室温下实现高纯氧化铝陶瓷闪速烧结

1月4日，先进陶瓷学报（Journal of Advanced Ceramics）刊发国内科研成果，*在室温下进行高纯氧化铝的闪速烧结（FS）。

闪烧技术是一种基于电场和热场协同作用下的新型烧结技术，能在远低于传统烧结温度（甚至室温下），几秒到几十秒的时间内实现陶瓷材料的烧结致密化。Al2O3陶瓷因其固有的稳定性和优异的机械性能而获得广泛应用，纯度99.8%的氧化铝可在1500V·cm-1的电场下在900℃下进行FS，其所需的电场强度随着炉温的升高而逐步减少。据报道高纯氧化铝在1300℃通过施加5000V·cm-1的电场下进行FS，可获得具有出色的机械性能的样品。然而，值得注意的是，这些关于高纯氧化铝陶瓷FS研究都是在炉温条件下进行的，目前高纯氧化铝陶瓷在室温下FS的成功案例还没有记录，室温FS将为降低陶瓷烧结能耗和简化烧结设备提供机会。

由于高纯氧化铝极低的电导率，在室温下高纯氧化铝进行闪烧烧结具有挑战性，而其他陶瓷材料中，如3-YSZ已经成功实现了室温下FS，在室温FS，电弧通常出现并徘徊在样品表面以上，在较低的空气压力下，室温电弧诱导FS更容易实现。

本次研究中，研究人员采用有限元模拟方法分析了电弧诱导闪速烧结过程中电弧与高纯度氧化铝样品之间的电-热偶联，揭示了电弧对氧化铝样品的热效应和电效应，*终据此提高了氧化铝样品的电导率，并在电弧约束下（电弧约束装置位于样品上方），在60kPa下实现高纯度氧化铝的闪速烧结。氧化铝样品实现的相对密度为98.7%。该项技术证实在室温下广泛适用于包括离子导体、半导体，甚至绝缘体等。