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中國粉體網(wǎng)訊 LLZO的常規(guī)燒結(jié)往往需要在上千的溫度中保溫數(shù)個小時，這會大大增加能源的損耗侵浸，同時因?yàn)楦邷貙?dǎo)致的鋰揮發(fā)也會對性能產(chǎn)生影響范咨。外加輻源的燒結(jié)方法可以在低溫短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)LLZO的致密化，能夠有效降低能耗琢岩，并抑制鋰元素的揮發(fā)，因此师脂，現(xiàn)階段針對LLZO開展燒結(jié)工藝的探索也是其研究的熱門方向担孔。
微波燒結(jié)
微波燒結(jié)于20世紀(jì)60年代中期問世，90年代后期進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用吃警，常見于各類型陶瓷材料的制備糕篇，其能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)80％，是一種較為理想的成熟技術(shù)酌心。
微波燒結(jié)與傳統(tǒng)燒結(jié)（右為微波燒結(jié)）
上圖所示為傳統(tǒng)燒結(jié)方式與微波燒結(jié)的對比示意圖拌消，由于內(nèi)部的震動分子之間產(chǎn)生大量的焦耳熱，樣品實(shí)際加熱速率高達(dá)50℃·min-1安券，可進(jìn)一步細(xì)化晶粒墩崩，提升材料性能。除此之外侯勉，燒結(jié)時的微波輻射可促進(jìn)原子擴(kuò)散鹦筹，降低燒結(jié)活化能，因此對材料的致密化也具有一定的促進(jìn)作用以睦。
研究認(rèn)為微波場的存在加強(qiáng)了離子電導(dǎo)效應(yīng)泌醋，通過促進(jìn)燒結(jié)頸帶電空位的遷移，使晶粒產(chǎn)生塑性變形滤钠，從而促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行赌拒。發(fā)現(xiàn)頸內(nèi)電場強(qiáng)大，強(qiáng)大電場會產(chǎn)生電離，進(jìn)而加劇傳質(zhì)昙椭，從而加速致密化喜拥，這被認(rèn)為是微波燒結(jié)的根本原因。
放電等離子體燒結(jié)
放電等離子體燒結(jié)（簡稱SPS）因饥，是將材料粉末放置于石墨模具中抹欢，同時施加壓力和外加電場，通過低電壓高電流的活化请立，制備高性能材料的過程脉织。
SPS燒結(jié)裝置及過程示意圖：（a）裝置圖；（b）過程圖
上圖所示為SPS燒結(jié)過程示意圖捐憔，關(guān)于其燒結(jié)機(jī)理普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)是電流進(jìn)入燒結(jié)體系時發(fā)生分流篙耗，流向模具的電流產(chǎn)生大量的焦耳熱，加熱粉料宪赶，而經(jīng)過燒結(jié)體的電流宗弯，相鄰顆粒之間產(chǎn)生火花放電，發(fā)生氣體電離的現(xiàn)象搂妻，形成的正離子和電子分別向正極和負(fù)極移動蒙保，在顆粒質(zhì)點(diǎn)之間放電形成等離子體，隨著等離子體密度的不斷增大欲主，反向運(yùn)動的高速粒子流對顆粒表面產(chǎn)生較大沖擊力邓厕，可以將顆粒表面的氣體和氧化膜沖散，同時凈化和活化顆粒表面扁瓢，促進(jìn)粉末的燒結(jié)详恼。同時，在脈沖電場作用下引几，粉末顆粒未接觸的部位產(chǎn)生放電熱昧互，接觸部位產(chǎn)生焦耳熱，高溫場在瞬間形成她紫，表面顆粒發(fā)生局部熔化乐慌，最終通過施加的外力，使熔化的顆粒相互結(jié)合泣幼，局部熱量擴(kuò)散使結(jié)合部位粘接在一起，形成燒結(jié)頸燃悍，排出氣孔几垃，最終實(shí)現(xiàn)樣品的致密化。
閃燒
閃燒（Flash Sintering箭瘫，簡稱FS）劈狼，是在2010年由Francis等，通過對釔穩(wěn)定的氧化鋯（3YSZ）施加電場，最終在850℃溫度下3~5s內(nèi)實(shí)現(xiàn)了材料的致密化艺崔，該溫度相比于傳統(tǒng)燒結(jié)的1450℃低了近600℃涣疑。
閃燒裝置示意圖
上圖為常見的閃燒裝置示意圖。2018年研究者又提出了“反應(yīng)閃燒”的概念藕壹，即將混合氧化物或前驅(qū)體作為閃燒前的原料诞嗦，在一步閃燒過程中同時完成相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及致密化。
閃燒技術(shù)經(jīng)歷了十多年的發(fā)展椿访，但關(guān)于其致密化機(jī)理仍沒有統(tǒng)一的定論乌企。研究者認(rèn)為，在電流通過樣品時產(chǎn)生的焦耳熱增強(qiáng)了擴(kuò)散能力成玫，加速了致密化過程加酵，由此焦耳熱導(dǎo)致晶界的局部熔化，也可能導(dǎo)致電流激增哭当，加速致密化猪腕。
此外，部分研究者認(rèn)為在個別體系中存在弗倫克爾缺陷機(jī)理钦勘，在閃燒過程中码撰，當(dāng)間隙離子和空位以成對的形式出現(xiàn)時，即產(chǎn)生大量的缺陷對个盆，電流通過時使空位遷移至晶界處脖岛，形成的空位濃度梯度提高了擴(kuò)散速率，從而實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)颊亮。
以上為不同燒結(jié)方式在LLZO制備中的應(yīng)用及燒結(jié)機(jī)理的研究現(xiàn)狀柴梆，其中個別燒結(jié)方式的致密化機(jī)理尚存在一定的爭議，但新型燒結(jié)方式普遍具有加速擴(kuò)散傳質(zhì)终惑，促進(jìn)致密化的特性沸根，因而能在一定程度上降低能耗，并可在一定條件下獲得較好的微觀組織結(jié)構(gòu)及性能诊拦。
資料來源：石榴石型固體電解質(zhì)及其界面問題的研究現(xiàn)狀/馮宏宇等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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