7月31日，俄羅斯科研團隊一項在純水中以冷燒結(jié)（Cold Sintering Process，CSP）方式制備多孔氧化鋁陶瓷的成果發(fā)表在陶瓷“ceramics”期刊，研究人員采用CSP法以γ-Al(OH)₃粉末為原料，在380-450℃和220MPa的壓力下，在30分鐘內(nèi)生產(chǎn)出開孔率高達36%的多孔α-Al₂O₃陶瓷。

論文地址：https://doi.org/10.3390/ceramics7030067

CSP制備的氧化鋁陶瓷（工藝參數(shù)：450℃，220MPa）

多孔氧化鋁陶瓷廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用，包括過濾器、基板和生物醫(yī)學(xué)材料，它的制備路線有多鐘，例如部分燒結(jié)、犧牲模板、復(fù)制技術(shù)、直接發(fā)泡和3D打印。但是，這些方法都涉及多個工序以及1500℃以上的高溫?zé)Y(jié)，這需要昂貴的設(shè)備和高能耗。在2016年提出的冷燒結(jié)（CSP）與傳統(tǒng)方法相比，能確保陶瓷在極低的溫度下固化和燒結(jié)，因而得到快速發(fā)展。

譯者注：冷燒結(jié)工藝即通過將材料與少量的液體添加劑混合，然后在相對較低的溫度（通常在室溫到300℃之間）和高壓下進行壓制，從而實現(xiàn)材料的燒結(jié)。該技術(shù)的主要優(yōu)勢在于它可以在比傳統(tǒng)燒結(jié)工藝更低的溫度下處理材料，減少能耗并允許處理在高溫下會分解或失效的材料。

350MPa壓力下、溫度為380℃（a）、410℃（b）和 450℃（c、d）時CSP制備的陶瓷斷裂表面SEM圖像

科研團隊本次CSP的起始材料是γ-Al(OH)₃(95wt.%)和α-Al₂O₃(5wt.%)，將混合物放入裝有圓形加熱器和保溫層的模具中，加入蒸餾水，在90-350MPa的壓力下進行單軸壓制，加熱至380-450℃，恒溫保壓30min，冷卻至室溫后從模具中取出陶瓷樣品。實驗結(jié)果顯示，初始的γ-Al(OH)₃粉末脫水，形成γ-AlOOH和少量χ-Al₂O₃相。后續(xù)處理形成細(xì)長的γ-AlOOH晶粒，聚結(jié)成板狀結(jié)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al₂O₃晶粒。然而，較高的壓力會阻γ-AlOOH脫水并阻礙α-Al₂O₃的形成。

本次制備的36%開孔率的陶瓷與傳統(tǒng)制備方法相當(dāng)，驗證了CSP法制備多孔氧化鋁陶瓷在過濾器、熱絕緣體以及聚合物和金屬復(fù)合材料中的部件等應(yīng)用方面具有廣闊的潛力。

編譯整理 YUXI