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采用傳統(tǒng)燒結(jié)方法實(shí)現(xiàn)陶瓷材料致密化，通常需要1000℃以上的高溫，導(dǎo)致陶瓷材料在物相穩(wěn)定性、晶界控制及復(fù)合燒結(jié)等方面受到極大的挑戰(zhàn)。最近提出的冷燒結(jié)技術(shù)可將燒結(jié)溫度降低至300℃以下，在短時(shí)間內(nèi)，利用過(guò)渡液相和單軸壓力，通過(guò)陶瓷粉體的溶解-再沉淀過(guò)程實(shí)現(xiàn)陶瓷的致密化。低溫、快速燒結(jié)等特點(diǎn)使冷燒結(jié)技術(shù)在陶瓷燒結(jié)領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢(shì)。

冷燒結(jié)技術(shù)的研究和應(yīng)用不僅涉及一系列的重要物理、化學(xué)和材料問(wèn)題，也關(guān)系到能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。在過(guò)去的近20年里，國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于開發(fā)新的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)。冷燒結(jié)技術(shù)的提出實(shí)現(xiàn)了陶瓷與聚合物、揮發(fā)性添加劑以及金屬等材料的冷燒共燒，有望在微波介電材料、高電位梯度壓敏陶瓷、柔性陶瓷-聚合物材料、高強(qiáng)度-高絕緣的氧化物陶瓷、固態(tài)電解質(zhì)、熱電材料、壓電傳感器、陶瓷電容器等新型電工材料的開發(fā)取得突破性進(jìn)展。

圖 冷燒結(jié)裝置

輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）、金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安交通大學(xué)）的研究人員康晟淋、趙學(xué)童、張潔心、郭靖、楊麗君，在2022年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，從冷燒結(jié)機(jī)理及其在電工領(lǐng)域的潛在應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)冷燒結(jié)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，主要介紹了冷燒結(jié)陶瓷的致密化過(guò)程和制備工藝，并著重分析了過(guò)渡液相的分類及其對(duì)冷燒結(jié)過(guò)程的輔助作用。

研究人員闡述了冷燒結(jié)技術(shù)在新型電工材料如陶瓷-聚合物基功能材料（壓敏、熱電、儲(chǔ)能電解質(zhì)）、陶瓷-二維材料（熱電）、高電位梯度ZnO壓敏陶瓷以及陶瓷-金屬多層陶瓷（儲(chǔ)能電容器）共燒中的應(yīng)用，并進(jìn)一步分析了冷燒結(jié)和其他燒結(jié)技術(shù)結(jié)合的可行性。冷燒結(jié)技術(shù)的提出為陶瓷低溫?zé)Y(jié)的機(jī)理研究、新型陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料的開發(fā)及其在電工領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路和參考。

但是，研究人員也指出，目前冷燒結(jié)技術(shù)的推廣應(yīng)用和工業(yè)化方面仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。

1）冷燒結(jié)機(jī)理復(fù)雜。不同的陶瓷體系通常需要不同的輔助液相和燒結(jié)條件，摻雜改性劑的添加也會(huì)對(duì)冷燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生影響，現(xiàn)有的理論還不能完美地解釋陶瓷的冷燒結(jié)過(guò)程。

2）液相選擇問(wèn)題。輔助液相的選擇對(duì)冷燒結(jié)過(guò)程至關(guān)重要，對(duì)一些難溶和不一致溶融的陶瓷材料，由于缺乏合適的輔助液相而無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷燒結(jié)。

3）力學(xué)性能有待加強(qiáng)。對(duì)于一些陶瓷體系，雖然采用冷燒結(jié)可以實(shí)現(xiàn)致密化和電性能的提升，但與傳統(tǒng)燒結(jié)的試樣相比，機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)偏弱，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。

4）工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)有的冷燒結(jié)技術(shù)仍在實(shí)驗(yàn)室研究階段，仍存在影響其工業(yè)化應(yīng)用的諸多因素，比如制備的試樣尺寸小，大尺寸樣品內(nèi)部的快速均勻傳熱，工業(yè)化冷燒結(jié)裝置的研發(fā)等問(wèn)題。

本文編自2022年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“冷燒結(jié)技術(shù)的研究進(jìn)展及其在電工領(lǐng)域的潛在應(yīng)用”，作者為康晟淋、趙學(xué)童 等。