Orsaker och effekter av termiska och mikrostrukturella gradienter i flashsintrad keramik. Kredit:WMG, University of Warwick
Flash sintring är en keramisk bearbetningsteknik som använder elektrisk ström för att intensivt värma det keramiska provet internt istället för att endast använda extern ugnsuppvärmning. Processen kan sänka keramiska bearbetningstemperaturer och varaktighet avsevärt, gör det möjligt att sambearbeta keramik med metaller eller andra material, och minska energianvändningen.
Dock, processen kan resultera i keramik av låg kvalitet på grund av svagheter orsakade av inhomogeniteter i mikrostrukturen.
Ursprunget till dessa inhomogeniteter orsakade av termiska gradienter i materialet under flashsintring har studerats av forskare baserade på WMG, University of Warwick och akademiska och industriella medarbetare, och vägar för att mildra effekterna av dessa gradienter beskrivs.
Genom att använda dessa modifierade flashsintringsvägar kommer det att möjliggöra en bredare användning av flashsintring i keramisk bearbetning, möjliggör lägre energiproduktion av många användbara keramiska produkter inklusive solid state-batterier.
Förtätning av keramik med flashsintring minskar energianvändningen och kan användas för att förbättra livskraften för tillverkning av komplexa keramiska strukturer som de som krävs för solid state-batterier genom att sänka temperaturerna och förkorta värmebehandlingens varaktighet.
Arbetar i samarbete med akademiska och industriella partners, forskare från WMG, University of Warwick har publicerat en översikt av det senaste inom flashsintring med fokus på bildandet av inhomogena områden inom keramiken som för närvarande begränsar uppskalningspotentialen för flashsintring. Granskningen finner att termiska gradienter är ansvariga för mikrostrukturella inhomogeniteter och föreslår vägar för att eliminera eller minska dessa effekter.
Mikrostrukturell utveckling förändras med olika sintringsmetoder. Flash sintring ger fina mikrostrukturer med mycket hög densitet med lägre energianvändning än konventionella metoder. Kredit:WMG, University of Warwick
Minskningen av energianvändningen inom den keramiska tillverkningsindustrin är ett viktigt steg för att nå de globala utsläppsmålen, eftersom konventionella processer kräver långa bränningsbehandlingar vid mycket höga temperaturer. Flera lågenergiprocesser har utvecklats under det senaste decenniet, med flashsintring framträder som en särskilt lovande väg för förtätning av material för användning i applikationer inklusive solid state-batterier, termiska barriärbeläggningar, och keramiska fogar.
I tidningen, "Främja mikrostrukturell homogenitet under flashsintring av keramik genom termisk hantering" publicerad som en del av ett specialnummer av MRS Bulletin, Gareth Jones och Dr. Claire Dancer från WMG, University of Warwick arbetade med medarbetare från University of Trento, Wuhan University of Technology, Normandie Université, och Lucideon Ltd för att granska ursprunget till mikrostrukturella variationer i olika regioner av keramiska material som genomgår flashsintring.
Skillnader i mikrostrukturell utveckling härrör från termiska gradienter i materialet under bearbetning, och dessa kan reduceras genom noggrann termisk hantering under flashsintringsprocessen. Dessa inkluderar:
Resultaten av denna recension ger en färdplan för ytterligare forskning om termisk hantering vid flashsintring, vilket kommer att påskynda utvecklingen av processen för industriell implementering.
Simulering av värmefördelning under flashsintring. Kredit:WMG, University of Warwick
Dr Claire Dancer, ledare för Keramikgruppen inom material- och hållbarhetsdirektoratet på WMG, University of Warwick kommenterar:
"Att sänka keramiska bearbetningstemperaturer genom att använda tekniker som flashsintring är ett viktigt steg för att tillverka komplexa multimaterialstrukturer som de som behövs för solid state-batterier, och för att minska den totala energianvändningen inom den keramiska industrin.
"Dock, processen måste producera robusta homogena keramiska material för att vara till stor användning. Vår artikel förklarar varför flashsintring kan resultera i inhomogena egenskaper i keramik och föreslår ett antal vägar för att mildra dessa effekter."
