1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇 333001
2 浙江大学材料科学与工程学院，杭州 310058
在陶瓷的常规制备方法中，高温烧结一直是获得致密微结构和优良性能的必要条件。近年来兴起的冷烧结(CSP)技术通过溶解-沉淀等机理，能在350 ℃以内的超低温条件下实现多种陶瓷材料的快速致密化，有效应对了常规高温烧结在能耗、微结构控制及与有机物共烧等方面存在的问题，具有巨大的发展空间和潜力。本文综述了冷烧结的发展历史、工艺流程和致密化机理，对冷烧结技术在陶瓷材料制备中的应用现状进行了概述，涉及生物陶瓷材料、新能源材料、半导体材料、介电材料、热电材料、高温下不稳定材料等，并展望了冷烧结的未来发展趋势。
冷烧结 陶瓷材料 应用 超低温 cold sintering process ceramic materials applications ultra-low temperature
采用常规热烧结实现陶瓷粉体的致密化, 烧结温度通常超过1000 ℃, 这不仅需要消耗大量能源, 还会使一些陶瓷材料在物相稳定性、晶界控制以及与金属电极共烧等方面面临挑战。近年来提出的冷烧结技术(Cold Sintering Process, CSP)可将烧结温度降低至400 ℃以下, 利用液相形式的瞬态溶剂和单轴压力, 通过陶瓷颗粒的溶解-沉淀过程实现陶瓷材料的快速致密化。冷烧结技术具有烧结温度低和时间短等特点, 自开发以来受到广泛关注, 目前已应用于近百种陶瓷及陶瓷基复合材料, 涉及电介质材料、半导体材料、压敏材料和固态电解质材料等。本文介绍了冷烧结技术的发展历程、工艺技术及其致密化机理, 对其在陶瓷材料及陶瓷-聚合物复合材料领域的研究现状进行了综述, 其中根据溶解性的差异主要介绍了Li2MoO4陶瓷、ZnO陶瓷和BaTiO3陶瓷的冷烧结现状。针对冷烧结技术工艺压力高的问题及可能的解决途径进行了探讨, 并对冷烧结技术未来的发展趋势进行了展望。
冷烧结技术 陶瓷 复合材料 溶剂 综述 cold sintering process ceramic composite solvent review
1 西安交通大学材料科学与工程学院, 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000 ℃以上高温, 不仅工艺周期长、能量消耗高, 而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今, 无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求, 低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高, 且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺, 已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近, 又出现了一种新的超低温烧结工艺-冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般 ≤300 ℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化, 且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势, 为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。
微波介质 陶瓷 低温共烧陶瓷 超低温共烧陶瓷 超低温烧结工艺 冷烧结 microwave dielectric ceramic low temperature co-fired ceramic ultra-low temperature co-fired ceramic ultra-low sintering temperature technology cold sintering process
南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
微波介质陶瓷作为介质材料被广泛应用于物联网、工业互联网、5G通信、全球卫星通信系统的无源器件中。从微波介质陶瓷的研究背景出发, 介绍了冷烧结的致密机理和工艺参数, 总结了冷烧结微波介质陶瓷的主要材料体系和器件, 指出了冷烧结微波介质陶瓷的主要问题和发展前景。冷烧结技术具有烧结温度低(<300 ℃)、可共烧异质材料、烧结前后晶粒尺寸差异小、制备工艺简单、节能环保等多种优点, 在多层共烧陶瓷和微波系统集成方面具有潜在应用。
冷烧结 微波介质陶瓷 微波器件 微波性能 cold sintering process microwave dielectric ceramics microwave devices microwave properties
