最近，美國大學(xue)研發出了2項陶瓷(ci)燒結工藝，引起了學(xue)界的重(zhong)視。

　　其中，冷(leng)燒(shao)(shao)工藝可以讓(rang)陶瓷(ci)可以在200°C以下制成(cheng)，而不需要1400-3000°C高溫(wen)，而且燒(shao)(shao)結時間只需幾分鐘(zhong)。

　　另一(yi)項超高(gao)速(su)高(gao)溫燒(shao)結(jie)方(fang)法(fa)，燒(shao)結(jie)溫度高(gao)達3000℃，瓷(ci)磚燒(shao)結(jie)總時(shi)間(jian)不到10秒，比傳統的燒(shao)結(jie)爐(lu)方(fang)法(fa)快(kuai)1000倍(bei)以上。

　　200℃冷燒工(gong)藝　　成本(ben)僅(jin)為傳統燒結工(gong)藝1/7

　　陶城君曾報道(dao)過，美國研(yan)發出一種叫做冷燒工藝(ColdSinteringProcess)的新技(ji)術(shu)，最(zui)高只(zhi)需(xu)200℃就能制成(cheng)陶瓷，并且最(zui)短(duan)在15分鐘之內就能完成(cheng)燒結，很大程度上降低(di)了(le)陶瓷制造成(cheng)本。

　　最近(jin)，該項(xiang)研究有了(le)進一步的研究成果。英國(guo)華威(wei)大學研究團(tuan)隊將冷(leng)(leng)燒(shao)工藝與其他(ta)一系列(lie)陶瓷燒(shao)結(jie)技術進行對比，全面分析了(le)冷(leng)(leng)燒(shao)技術所帶來的經濟和環境效益。

　　燒結(jie)在陶瓷(ci)制(zhi)造中是不(bu)可(ke)(ke)或缺(que)的一個環節(jie)，但這(zhe)個環節(jie)耗能(neng)高，而且碳(tan)排放量大。而冷燒工藝解決了這(zhe)個問題，因為致密陶瓷(ci)可(ke)(ke)以在200°C以下，而非(fei)1400-3000°C的溫度范圍內(nei)(nei)，并只需幾分鐘，而非(fei)幾個小時內(nei)(nei)完成燒成這(zhe)一環節(jie)。

　　據介紹，冷燒(shao)(shao)(shao)工(gong)藝結(jie)合(he)使用了(le)熱量、壓(ya)力和水(shui)，可顯著減少能源消耗，遠低于傳(chuan)統燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)、激光燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)、液(ye)相燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)和快(kuai)速燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)等其他燒(shao)(shao)(shao)結(jie)工(gong)藝。

　　英國謝(xie)菲爾德大(da)學(xue)教授首(shou)席研究員IanReaney解(jie)釋道：“冷燒工藝是(shi)一種顛覆性的新工藝，在(zai)這個工藝中(zhong)，可以(yi)在(zai)低溫下用水作為離子的傳輸介(jie)質來使陶瓷(ci)致密(mi)(mi)化。將濕陶瓷(ci)在(zai)約(yue)200MPa的壓(ya)(ya)力(li)下壓(ya)(ya)入模具中(zhong)，然后水分蒸發，水離子重(zhong)結晶(jing)，使陶瓷(ci)致密(mi)(mi)化。”他指出(chu)，在(zai)該過(guo)程中(zhong)會施加單軸壓(ya)(ya)力(li)，整個過(guo)程大(da)約(yue)需要10-20分鐘，具體(ti)時長(chang)取決于壓(ya)(ya)制材料(liao)的類型。

　　他(ta)們(men)正努力將冷燒工(gong)藝(yi)(yi)從(cong)實(shi)驗(yan)室帶(dai)到(dao)工(gong)業領域。但是，由于冷燒工(gong)藝(yi)(yi)的(de)實(shi)驗(yan)室規(gui)模較小(xiao)，在實(shi)驗(yan)室有限的(de)條件(jian)下一次通常只能生產5克陶(tao)瓷，這(zhe)意味著(zhu)陶(tao)瓷制造商還會繼(ji)續(xu)選擇原來(lai)的(de)高(gao)溫(wen)燒結工(gong)藝(yi)(yi)。研究小(xiao)組認為(wei)，目前(qian)陶(tao)瓷制造商還沒有完全了解使用冷燒工(gong)藝(yi)(yi)可能帶(dai)來(lai)的(de)經濟和環(huan)境效益，尤其是它的(de)啟動成本遠低(di)于其他(ta)工(gong)藝(yi)(yi)。

　　研究發(fa)現(xian)，在這三個案(an)例中，冷燒工藝具有較(jiao)低資金成本(ben)獲得(de)最(zui)佳投(tou)資回(hui)報(bao)的優勢，同時能節省大量能源(yuan)，減(jian)少碳排放，是最(zui)為經(jing)濟(ji)的燒結方式(shi)。

　　以鈦酸(suan)鋇陶瓷的(de)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)技術為例，每(mei)節省一噸碳所需(xu)(xu)要(yao)投入的(de)成本，冷燒(shao)(shao)(shao)工藝(yi)(yi)(yi)是最低(di)的(de)——冷燒(shao)(shao)(shao)工藝(yi)(yi)(yi)需(xu)(xu)要(yao)10.63英(ying)(ying)鎊，傳統(tong)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)工藝(yi)(yi)(yi)需(xu)(xu)要(yao)76.95英(ying)(ying)鎊，微波燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)需(xu)(xu)要(yao)132.59英(ying)(ying)鎊，液相燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)需(xu)(xu)要(yao)142.81英(ying)(ying)鎊，熱壓(ya)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)需(xu)(xu)要(yao)322.12英(ying)(ying)鎊，快速燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)需(xu)(xu)要(yao)340.55英(ying)(ying)鎊，放電等(deng)離(li)子體燒(shao)(shao)(shao)結(jie)法(fa)(fa)則需(xu)(xu)要(yao)2273.84英(ying)(ying)鎊。

　　10秒快燒(shao)工藝(yi)　　比傳統(tong)燒(shao)結快1000倍

　　最近，美國(guo)馬里蘭大學(xue)(xue)材料(liao)科學(xue)(xue)與(yu)工程系的胡良兵、莫(mo)一(yi)非(fei)，以及弗吉(ji)尼亞理工大學(xue)(xue)鄭小雨和(he)加(jia)州大學(xue)(xue)圣迭戈(ge)分校駱建(jian)，合(he)作(zuo)重新改造(zao)成一(yi)種創新的陶瓷材料(liao)制造(zao)方(fang)法，這種陶瓷材料(liao)在固態(tai)電池(chi)、燃(ran)料(liao)電池(chi)、3D打(da)印技術(shu)等領域有著廣闊的應用前景(jing)。相(xiang)關論(lun)文發表在《Science》上(shang)，還被(bei)選為封面論(lun)文，登上(shang)《Science》網站滾動頭條新聞。

　　在制造電池固態電解質(zhi)過程中，采用(yong)傳統的燒(shao)結工(gong)藝(yi)耗(hao)時(shi)漫長，需要給(gei)爐子(zi)加熱數小(xiao)時(shi)，之(zhi)后燒(shao)制數小(xiao)時(shi)，才能完成陶瓷(ci)材(cai)料的燒(shao)結。盡管開發出了微波輔(fu)助燒(shao)結、放(fang)電等(deng)離子(zi)燒(shao)結、快速燒(shao)結等(deng)代(dai)替工(gong)藝(yi)，但受限于材(cai)料特殊(shu)或者價格(ge)昂(ang)貴(gui)。

　　該聯合研究團(tuan)隊開發(fa)了超高(gao)速(su)高(gao)溫燒結新方(fang)法，它具(ju)有加熱速(su)度(du)快、冷卻速(su)度(du)快、溫度(du)分布(bu)均(jun)勻、燒結溫度(du)高(gao)達3000攝(she)氏度(du)等優點。綜合起來，這些工藝所需的(de)總處理時間不到10秒，比傳統的(de)燒結爐方(fang)法快1000倍以上。

　　據胡良兵介紹，通(tong)過這項發明，首先將(jiang)陶(tao)瓷前驅(qu)體粉末壓(ya)坯，之后夾在(zai)兩根碳(tan)條之間，通(tong)過碳(tan)條的輻(fu)射和(he)傳導來迅速(su)(su)加(jia)熱陶(tao)瓷前驅(qu)體，創造了(le)一個(ge)持續的高(gao)溫(wen)環境，迫使陶(tao)瓷粉末快(kuai)速(su)(su)凝固。該(gai)工(gong)藝(yi)產生的溫(wen)度足夠(gou)高(gao)，基本上可以燒結任何陶(tao)瓷材料。這一專利工(gong)藝(yi)可以擴展到陶(tao)瓷以外(wai)的其他膜。

　　目前該技術由HighT-TechLLC進行商(shang)業化。莫一(yi)非表(biao)示，這種新方法還解決(jue)了(le)計(ji)算和人工(gong)智能材料(liao)發(fa)現中的(de)關鍵瓶頸(jing)問題，以前所未(wei)有的(de)速度(du)加快了(le)材料(liao)發(fa)現的(de)新范式。

　　鄭小(xiao)雨表示，熱(re)解時間從(cong)幾十小(xiao)時縮短(duan)到幾秒，在快(kuai)速燒結后(hou)，還保留了精(jing)細(xi)的3D打印結構。

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