超快高溫?zé)Y(jié)方法10秒快速燒造陶瓷 可產(chǎn)生精細(xì)的3D打印結(jié)構(gòu)

魔猴君  科技前沿   1654天前

馬里蘭大學(xué)（UMD）材料科學(xué)與工程系（MSE）的科學(xué)家將一種具有非常悠久歷史的制造工藝改造成一種新穎的制造陶瓷材料的方法，該方法在固態(tài)電池、燃料電池、3D打印等行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。陶瓷廣泛用于電池，電子產(chǎn)品和極端環(huán)境中。但傳統(tǒng)的陶瓷燒結(jié)（用于制造陶瓷物體的燒結(jié)過(guò)程的一部分）通常需要數(shù)小時(shí)的處理時(shí)間。為了克服這一挑戰(zhàn)，馬里蘭州的一個(gè)研究小組發(fā)明了一種超快的高溫?zé)Y(jié)方法（稱(chēng)為UHS），既可以滿足現(xiàn)代陶瓷的需求，又可以促進(jìn)新材料創(chuàng)新的發(fā)現(xiàn)。

圖：通過(guò)UHS燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)

該研究于5月1日刊登在《科學(xué)》（Science）雜志的封面上，題為“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”，由美國(guó)馬里蘭大學(xué)胡良兵教授、莫一非教授，弗吉尼亞理工大學(xué)、加州大學(xué)鄭小雨教授和加州大學(xué)圣地亞哥分校駱建教授團(tuán)隊(duì)等人（共同通訊作者）完成。

據(jù)悉，以往的一些快速燒結(jié)方法存在諸多限制，常會(huì)出現(xiàn)溫度太低、耗時(shí)耗精力、成本居高不下等問(wèn)題。馬里蘭團(tuán)隊(duì)采用的超快速高溫?zé)Y(jié)新方法可提供高加熱和高冷卻速率、均勻的溫度分布，以及高達(dá)3000攝氏度的燒結(jié)溫度。綜合來(lái)看，這些過(guò)程所需的總處理時(shí)間不到10秒，比傳統(tǒng)的熔爐燒結(jié)方法快1000倍以上。

快速燒結(jié)工藝和陶瓷合成裝置

“通過(guò)這項(xiàng)發(fā)明，我們將壓制的陶瓷前體粉末生坯夾在兩根碳條之間，通過(guò)輻射和傳導(dǎo)迅速加熱該顆粒，從而創(chuàng)造出一致的高溫環(huán)境，迫使陶瓷粉末迅速固化。”“溫度足夠高，基本上可以燒結(jié)任何陶瓷材料。該專(zhuān)利工藝可以擴(kuò)展到陶瓷以外的其他材料上。”研究人員表示，這種方法有兩重意義：“超快高溫?zé)Y(jié)代表了超快燒結(jié)技術(shù)的一項(xiàng)突破，這不僅是因?yàn)樗毡檫m用于多種功能材料，還因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)保留或產(chǎn)生額外缺陷來(lái)創(chuàng)造非平衡塊狀材料方面擁有巨大潛力。目前該技術(shù)由HighT-Tech LLC進(jìn)行商業(yè)化。“我們很高興看到熱解時(shí)間從數(shù)十小時(shí)減少到幾秒鐘，并在快速燒結(jié)后保留了精細(xì)的3D打印結(jié)構(gòu)。”