近日，中科院上硅所科研團隊實現了鎂鋁尖晶石/鎂鋁尖晶石以及氧化釔透明陶瓷/鈦合金之間的電場輔助快速連接，相關研究成果已在歐洲陶瓷學會（Jurnal of the European Ceramic Society）、陶瓷國際（Ceramics International）期刊發表。

相關論文：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.11.033

鎂鋁尖晶石(MgAl₂O₄)和氧化釔陶瓷(Y₂O₃)作為高光學質量透明陶瓷，以優異的綜合物理化學性能在激光、高技術和醫療等諸多領域具有廣泛應用。但是，受限于陶瓷材料本身的脆性及難加工特性，透明陶瓷的連接是實際工程應用過程中面臨的關鍵技術難題。

Y₂O₃/TC₄電場輔助快速連接界面示意圖

鎂鋁尖晶石透明陶瓷電場輔助快速連接機理圖

傳統機械連接、擴散連接、釬焊連接等技術難以解決連接部件同時具有高連接強度及良好光學透過率的要求。閃速燒結（Flash Sintering）是一種新型的陶瓷燒結技術，其通過施加閾值直流電場激發大量氧缺陷，在力-熱-電三場耦合作用下，能夠在極短的時間內（秒級）實現陶瓷材料的連接。相比傳統的燒結方法，閃速燒結能夠顯著降低能耗，并在較低的溫度下完成燒結。

上硅所劉巖研究員首次提出將閃速燒結這種電場輔助快速連接技術應用于透明陶瓷的連接。研究團隊近期通過對工藝參數、連接強度和界面形貌的調控，獲得抗彎強度達到256MPa（母材自身強度的114%）且在中紅外波段透過率達到85%的鎂鋁尖晶石/鎂鋁尖晶石連接件；此外同樣實現了Y₂O₃透明陶瓷與TC₄鈦合金的連接，連接部件最高抗剪切強度達到36±2 MPa。

研究團隊還對透明陶瓷電場輔助快速連接機理提出了新的見解——透明陶瓷間的連接是接觸阻抗導致焦耳熱在接合界面附近積聚，使得擴散系數增大并促進肖特基缺陷的形成，同時缺陷沿電場方向快速遷移，實現界面連接；透明陶瓷與金屬間的連接是電場和電流的協同作用，氧空位在閾值電場作用下生成并與電子結合，在界面附近聚集成微孔，同時在焦耳加熱和電流電遷移的共同作用下與原子/離子發生快速反應而實現連接。

參考來源：上硅所