2024年1月4日，先進陶瓷學報（Journal of Advanced Ceramics）刊發國內科研成果，首次在室溫下進行高純氧化鋁的閃速燒結（FS）。相關論文以“Flash sintering of high-purity alumina at room temperature”為題發表，論文地址：https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220816

閃速燒結（Flash Sintering,FS）相比傳統燒結，顧名思義其特點是在非常短的時間內完成燒結過程（通常為數分鐘至數十分鐘）。該技術最早是由美國密歇根大學的Alexandra Navrotsky教授和她的團隊在2010年左右提出的，即通過在短時間內應用極高的電場，陶瓷粉末可以在極短的時間內完成燒結。相比傳統燒結中陶瓷粉體通過高溫和高壓的條件下逐漸緩慢結晶，有助于減少能源消耗，避免陶瓷因高溫而退火或發生相變；保持樣品的均勻性，減少結晶中的非均勻性。但是，高純氧化鋁電導率極低。爐溫升高，所需電場強度也降低，反之亦然。過去曾有報道施加5000V·cm^-1電場，可以在1300 ℃下進行FS，并產生具有出色機械性能的樣品。但迄今為止還沒有記錄高純度氧化鋁陶瓷的室溫FS的成功實例。

(a) FS 過程中的電場和電流密度，(b) 導電通道的微觀結構，(c) 閃速燒結高純氧化鋁的微觀結構。

本次研究中，研究人員采用有限元模擬方法分析了電弧誘導閃速燒結過程中電弧與高純度氧化鋁樣品之間的電-熱偶聯，揭示了電弧對氧化鋁樣品的熱效應和電效應，最終據此提高了氧化鋁樣品的電導率，并在電弧約束下（電弧約束裝置位于樣品上方），在60kPa（千帕）下實現高純度氧化鋁的閃速燒結。氧化鋁樣品實現的相對密度為98.7%。該項技術證實在室溫下廣泛適用于包括離子導體、半導體，甚至絕緣體等。

編譯整理 YUXI