Sintering of solid inorganic particulates into a dense polycrystallin的简体中文翻译

Sintering of solid inorganic partic

Sintering of solid inorganic particulates into a dense polycrystalline ensemble with assistance of thermal energy and/or pressure is an essential process that underpins bulk ceramic manufacturing.1,2 Properties of ceramics, such as dielectric permittivity, dielectric breakdown strength, mechanical hardness and strength, and electrical/thermal conductivity are substantially affected by density. Studies on sintering have received broad research attention worldwide and continue to be of interest today.8,9 Owing to the high melting temperatures for most ceramic materials, conventional sintering is commonly accomplished at quite high-temperature ranges, as a rule of thumb, ~50%–75% of their melting points. For many materials like general oxides, the sintering temperature is typically ~1000°C, and the time necessary to sinter even a simple pellet of dense material can be up to several hours to several days.1,2 This high-temperature process is energy-consuming and often requires a sophisticated experimental setup for relevant facilities;10 moreover, the chemical stoichiometry of the final product may vary in the cases involving volatile elements (e.g. volatile of Bi, Pb, Na, K in piezoceramics) or co-firing of different materials (e.g. electrode-ceramic co-fired multilayer ceramic capacitors), yielding to property and crystal structure deviation caused by the alteration of defects concentration or intergranular diffusion.11–16 Therefore, developing low-temperature sintering techniques has driven global-wide research in scientific communities and industrial corporations during the past several decades. There have been many attempts to lower sintering temperatures through the addition of liquid phase additives, such as partially soluble inorganic liquid phase additives or glass fluxes, however, these typically only lower the conventional sintering temperature ~10%–20%.1,2,17–19 There are also alternative techniques being developed to sinter ceramics in a more efficient way with the utility of electrical energy or controllable thermal steps or high pressures. Examples of these techniques include Microwave Sintering (MVS),20 Flash Sintering (FS),21 Spark Plasma Sintering (SPS),22–26 Two-Step Sintering,27 Rate-Controlled Sintering,28 High-Pressure Sintering (HPS),29 or a combination of some of them,30 all of which have made impressive efforts to lower the sintering temperatures, and yet these temperatures are still typically well above 400°C. Therefore, the target of obtaining dense ceramic at ultralow temperatures, or even around room temperature like the formation of pearls and the aggregation of table salt or sugar particles, is hardly achieved.
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在热能和/或压力的帮助下,将固体无机颗粒烧结成致密的多晶集合体是支撑散装陶瓷生产的必不可少的过程。1,2,陶瓷的性能,例如介电常数,介电击穿强度,机械强度?密度和强度以及电导率/导热率基本上受密度影响。烧结研究已在全球范围内引起了广泛的研究关注,并且今天仍然引起人们的关注。8,9由于大多数陶瓷材料的高温,常规烧结通常在相当高的温度范围内完成熔点的〜50%–75%。对于许多材料,例如普通氧化物,烧结温度通常约为1000°C,已经有许多尝试通过添加液相添加剂(例如部分可溶的无机液相添加剂或玻璃助熔剂)来降低烧结温度,但是,这些方法通常只能将常规烧结温度降低约10%至20%。 1,2,17–19还开发了替代技术,以利用电能或可控的热阶跃或高压来更有效地烧结陶瓷。这些技术的示例包括微波烧结(MVS),20闪速烧结(FS),21火花等离子体烧结(SPS),22–26两步烧结,27速率控制烧结,28高压烧结(HPS) ,29或其中一些的组合30,所有这些都为降低烧结温度做出了令人印象深刻的努力,但是这些温度通常仍远高于400°C。
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在热能和/或压力辅助下,将固体无机颗粒烧成密集的多晶体,是支撑散装陶瓷制造的基本过程。8,9 由于大多数陶瓷材料的熔化温度很高,传统的烧结通常以相当高的温度范围完成,根据经验,其熔点的±50%~75%。对于许多一般氧化物等材料,烧结温度通常为±1000°C,烧结甚至简单的稠密材料颗粒所需的时间可能长达数小时至数天。 压电陶瓷中的Bi、Pb、Na、K的挥发性)或不同材料(如电极-陶瓷共烧多层陶瓷电容器)的挥发性,产生缺陷浓度或颗粒间扩散变化引起的属性和晶体结构偏差。曾多次尝试通过添加液相添加剂(如部分可溶性无机液相添加剂或玻璃助焊剂)来降低烧结温度,但这些方法通常只降低常规烧结温度 [10%]~20%。这些技术的示例包括微波烧结 (MVS)、20 闪存烧结 (FS)、21 火花等离子烧结 (SPS)、22–26 两步烧结、27 速率控制烧结、28 高压烧结 (HPS)、29 或其中一些组合,30 所有这些都为降低烧结温度做出了令人印象深刻的努力, 然而,这些温度通常仍然远远高于400°C。 因此,在超低温下,甚至在室温附近,如珍珠的形成和食盐或糖颗粒的聚集,很难达到获得致密陶瓷的目标。
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在热能和/或压力的帮助下,将固体无机颗粒烧结成致密的多晶体系是支撑大块陶瓷制造的一个基本过程。陶瓷的特性,如介电常数、介电击穿强度、机械硬度和强度,而导电率/热导率主要受密度的影响。烧结的研究在世界范围内受到广泛的研究关注,并在今天继续受到人们的关注。8,9由于大多数陶瓷材料的高温熔化温度,传统的烧结通常在相当高的温度范围内完成,根据经验,约为其熔点的50%-75%。对于许多材料,如一般氧化物,烧结温度通常为~1000°C,即使是致密材料的简单颗粒,烧结所需的时间也可能长达数小时至数天。1,2这种高温过程消耗能源,通常需要相关设施的精密实验装置;10此外,在涉及挥发性元素(例如压电陶瓷中Bi、Pb、Na、K的挥发性)或不同材料的共烧(例如电极-陶瓷共烧多层陶瓷电容器)的情况下,最终产品的化学计量可能会有所不同,由于缺陷浓度或晶间扩散的改变而导致性能和晶体结构的偏差。11–16因此,发展低温烧结技术在过去几十年中推动了科学界和工业公司的全球范围研究。人们曾多次尝试通过添加液相添加剂来降低烧结温度,例如部分溶胶-双无机液相添加剂或玻璃助熔剂,但是,这些添加剂通常只会降低传统烧结温度~10%-20%。1,2,17-19还有其他烧结技术正在开发中陶瓷更有效地利用电能或可控的热阶跃或高压。这些技术的例子包括微波烧结(MVS)、20闪光烧结(FS)、21火花等离子烧结(SPS)、22–26两步烧结、27速率控制烧结、28高压烧结(HPS)、29或其中一些技术的组合,30所有这些技术在降低烧结温度方面都做出了显著的努力,然而,这些温度通常仍远高于400°C。因此,很难实现在超低温下,甚至在室温左右获得致密陶瓷的目标,如珍珠的形成和食盐或糖颗粒的聚集。<br>
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