美國(guó)研究人員成功采用低溫?zé)Y(jié)獲得了性能優(yōu)異的陶瓷材料，低成本的燒結(jié)過(guò)程為陶瓷材料的發(fā)展提供了新的方向。

    無(wú)論是業(yè)余愛(ài)好者收藏的陶瓷還是工業(yè)中的高性能陶瓷，它們都需要經(jīng)歷高溫（通常高于1000℃）燒結(jié)過(guò)程才具有使用價(jià)值。在燒結(jié)過(guò)程中，單個(gè)粒子通過(guò)“烘焙”聚集，使材料致密，獲得所需的性能。

    近日，美國(guó)研究人員經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，陶瓷燒結(jié)也可以在低溫下進(jìn)行。低溫?zé)Y(jié)基于在促進(jìn)材料致密化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變過(guò)程中添加少量水分。

    石器時(shí)代以來(lái)，陶瓷一直通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制取。而目前，許多陶瓷材料中的無(wú)機(jī)材料和復(fù)合材料，在室溫至200℃之間也可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)。

    傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，陶瓷粉末粒子聚集成為堅(jiān)硬而致密的物體。高溫?cái)U(kuò)散會(huì)減小粉末粒子較高的表面自由能，從而使聚合過(guò)程發(fā)生。“相較而言，低溫?zé)Y(jié)是通過(guò)水中的界面效應(yīng)使材料致密，在壓力的作用下，低溫?zé)Y(jié)需要的時(shí)間較短，幾分鐘即可”，美國(guó)濱州州立大學(xué)學(xué)者Randall解釋道。

    少量的界面水分作為瞬態(tài)液體對(duì)陶瓷粒子起作用。在大多數(shù)的陶瓷材料中，第一步是溶解不同粒子邊界的尖銳邊緣，減少粒子的表面自由能。接下來(lái)，在合適的壓力和溫度作用下，溶解的材料通過(guò)液相和優(yōu)先析出相遠(yuǎn)離粒子間的接觸區(qū)域。在這個(gè)過(guò)程中孔隙被關(guān)閉，材料逐漸致密。

    Randall認(rèn)為，“低溫?zé)Y(jié)充當(dāng)了多種無(wú)機(jī)化合物的‘調(diào)色板’，包括碳酸鹽、磷酸鹽等。低溫?zé)Y(jié)獲得的陶瓷樣品性能與傳統(tǒng)陶瓷相當(dāng)”。濱州州立大學(xué)的研究人員采用了氯化鈉、氧化釩等化合物進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)并獲得了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

    “金屬基陶瓷復(fù)合材料，高分子和其它高性能陶瓷材料的市場(chǎng)需求不斷增加。但由于不同材料熱穩(wěn)定性、化學(xué)兼容性等性能存在差異，不同成分組成的系統(tǒng)并不容易通過(guò)高溫實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，” Randall表示，“這個(gè)問(wèn)題在低溫?zé)Y(jié)中就明顯弱化了，而且低溫?zé)Y(jié)成本低，極具發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;由此可見(jiàn)，由金屬陶瓷、高分子陶瓷或其它陶瓷材料通過(guò)低溫?zé)Y(jié)獲得的復(fù)合材料有望為下一代技術(shù)提供新材料、新性能。