超快高温烧结方法登上《科学》!10秒快速烧造陶瓷 可产生精细的3D打印结构

3D打印快讯
2020
05/08
09:08
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来源:前瞻网

马里兰大学(UMD)材料科学与工程系(MSE)的科学家将一种具有26,000年历史的制造工艺改造成一种新颖的制造陶瓷材料的方法,该方法在固态电池、燃料电池、3D打印等行业中具有广阔的应用前景。

陶瓷广泛用于电池,电子产品和极端环境中。但传统的陶瓷烧结(用于制造陶瓷物体的烧结过程的一部分)通常需要数小时的处理时间。为了克服这一挑战,马里兰州的一个研究小组发明了一种超快的高温烧结方法(称为UHS),既可以满足现代陶瓷的需求,又可以促进新材料创新的发现。
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图:通过UHS烧结技术实现的结构

该研究于5月1日刊登在《科学》(Science)杂志的封面上,题为“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”,由美国马里兰大学胡良兵教授、莫一非教授,弗吉尼亚理工大学、加州大学郑小雨教授和加州大学圣地亚哥分校骆建教授团队等人(共同通讯作者)完成。

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据悉,以往的一些快速烧结方法存在诸多限制,常会出现温度太低、耗时耗精力、成本居高不下等问题。马里兰团队采用的超快速高温烧结新方法可提供高加热和高冷却速率、均匀的温度分布,以及高达3000摄氏度的烧结温度。综合来看,这些过程所需的总处理时间不到10秒,比传统的熔炉烧结方法快1000倍以上。
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图 快速烧结工艺和陶瓷合成装置

“通过这项发明,我们将压制的陶瓷前体粉末生坯夹在两根碳条之间,通过辐射和传导迅速加热该颗粒,从而创造出一致的高温环境,迫使陶瓷粉末迅速固化。”

“温度足够高,基本上可以烧结任何陶瓷材料。该专利工艺可以扩展到陶瓷以外的其他材料上。”研究人员表示,这种方法有两重意义:“超快高温烧结代表了超快烧结技术的一项突破,这不仅是因为它普遍适用于多种功能材料,还因为其通过保留或产生额外缺陷来创造非平衡块状材料方面拥有巨大潜力。目前该技术由HighT-Tech LLC进行商业化。“我们很高兴看到热解时间从数十小时减少到几秒钟,并在快速烧结后保留了精细的3D打印结构。”



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