新型振荡两步烧结法高效烧结致密8YSZ陶瓷

两步烧结法（TSS）作为传统烧结工艺的改进方法，通过利用晶界扩散与晶界迁移在特定“动力学窗口”内的速率差异，成功抑制晶粒生长。然而，该方法存在局限性：第二阶段温度的降低会抑制原子扩散，从而显著阻碍致密化动力学进程。这种动力学障碍需要延长保温时间（通常达数十小时）才能实现完全致密化，由于其对生产效率和能源消耗的负面影响，成为该技术工业化应用的主要障碍。在全球工业脱碳环境下，迫切需要通过创新且经济有效的手段解决高能耗、耗时的烧结工艺，这将显著推进陶瓷产业的低碳制造发展。

晶界扩散速率不仅受晶界两侧自由能差异的影响，还取决于与原子跨越晶界界面跳跃相关的特定能垒（ΔG^∗）。我们在两步烧结法的第二阶段引入了温度振荡方案，在致密化起始温度和引发晶粒大幅生长的温度之间循环变化。该方法旨在周期性地增强原子扩散，从而提供定向能量以超越扩散势垒，并优先加速致密化过程。同时由原子扩散和界面附着控制的晶界迁移受驱动力临界值的影响，引入的温度振荡诱发了微观结构波动，其特征是生长过程中晶粒与基体界面处的局域重排，有助于抑制异常晶粒生长的发生。

本研究系统研究了8YSZ陶瓷在振荡两步烧结过程中的晶粒生长行为与致密化演变规律。通过温度振荡促进晶界扩散，显著增强了致密化动力学，同时有效抑制晶粒生长，从而实现了高致密度与细晶结构的协同调控。采用±90℃的温度振荡可在保持晶粒尺寸低于350nm的同时，将第二阶段保温时间缩短75%，有效克服了传统两步烧结法固有的持续时间长和效率低的关键局限，充分证明了振荡两步烧结法制备高质量陶瓷的有效性与广阔应用前景。

相关研究结果以题为“High-efficiency sintering of dense 8YSZ ceramics via novel oscillatory two-step sintering”发表在“Journal of the European Ceramic Society”上。

图1.振荡两步烧结原理图

题目：High-efficiency sintering of dense 8YSZ ceramics via novel oscillatory two-step sintering

作者：梁岚青，朱超琼，李世恒，冯遵鹏，凌意瀚，蔡子明，冯培忠

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221925008210

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2025.118000

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