原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Liu Z, He Z, Li Z, et al. Large-diameter ceramic room-temperature flash sintering technology based on new carbon electrodes. Journal of Advanced Ceramics, 2025, 14(6): 9221094. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221094 

文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221094

ResearchGate：Large-diameter ceramic room-temperature flash sintering technology based on new carbon electrodes

1、导读

陶瓷材料在电子、能源、航空航天等领域具有广泛的应用，但其传统的制备方法存在能耗高、效率低等问题。室温闪烧结技术作为一种新型陶瓷烧结技术，能够在室温下快速实现陶瓷致密化，并降低能耗，具有巨大的应用潜力。本文介绍了一种基于新型碳电极结构的室温闪烧结装置，成功实现了大尺寸陶瓷样品的室温闪烧结，为陶瓷材料的制备提供了新的思路。

2、研究背景

室温闪烧结技术作为一种新型陶瓷烧结技术，近年来受到越来越多的关注。该技术通过在陶瓷样品中施加电场，利用焦耳热和等离子体等效应实现陶瓷的快速致密化，能够在室温下快速制备高密度、细晶粒的陶瓷材料。然而，现有的室温闪烧结技术仍然存在一些问题，如样品尺寸限制，目前报道的室温闪烧结样品尺寸较小，通常小于10mm，限制了其在实际应用中的推广；样品形状限制， 现有的研究主要针对狗骨形或条形样品，难以应用于形状复杂的陶瓷器件；装置复杂， 一些室温闪烧结技术需要高电压或复杂的电源设计，装置复杂。为了解决这些问题，项目团队人员开发了新型碳电极结构的室温闪烧结装置，并成功实现了大尺寸（40mm直径）陶瓷样品的室温闪烧结。

3、文章亮点

本研究开发了一种基于复合层状碳电极结构的室温闪烧结装置，该装置能够在空气气氛下，在低于100V的直流电压下进行大尺寸样品的室温闪烧结。研究人员使用该装置成功实现了直径为40.0mm、厚度为1.80mm的ZnO陶瓷圆片的室温闪烧结，相对密度达到96.02%；实现了直径为40.0mm、厚度为1.93mm的ZnO压敏陶瓷圆片的室温闪烧结，相对密度达到99.27%，电压梯度达到330.5 V·mm-1，非线性系数达到23.0；实现了3YSZ陶瓷圆片的室温闪烧结，相对密度达到98.48%。

4、研究结果及结论

研究表明，该新型碳电极结构能够有效地限制热量损失，促进闪烧结过程；能够产生高温等离子体和微弧放电，提高样品的导电性和离子迁移率，促进致密化；能够保证样品与电极之间的良好电接触，减少电流分布不均匀，促进大尺寸样品的致密化。与现有的闪烧结技术相比，该方法具有更广泛的应用范围，在空气和各种气体环境都适用，为陶瓷材料的大规模工业生产提供了新的可能性。

图1：ZnO陶瓷圆片闪烧结过程中的照片(a)1 s; (b)3 s; (c)7 s; (d)15 s; (e)75 s; (f)150 s.

图2：闪烧结ZnO陶瓷圆片样品的照片

图3：闪烧结ZnO压敏陶瓷圆片样品的照片

5、作者及研究团队简介

本研究由清华大学深圳国际研究生院、湖南大学、西南交通大学等单位的研究人员共同完成。研究团队长期从事陶瓷材料的制备和应用研究，在陶瓷材料的闪烧结技术方面取得了多项重要成果。

文章第一作者刘卓，电气工程硕士生，通讯作者王希林，电气工程副教授。项目研究团队长期从事电工陶瓷、气体放电、外绝缘、等离子体放电的相关基础研究和应用研究工作，属于清华大学深圳国际研究生院海洋工程研究院能源与电工新技术团队，由关志成教授、王黎明教授、贾志东研究员领衔带领的高电压与绝缘技术团队长期从事高电压技术、绝缘材料、电工新技术等方向研究。实验室拥有试验面积超过1000平方米，试验设备涵盖高压电源、气体放电与等离子体、激光光谱、绝缘材料测试、输变电设备状态监测等方向。团队研究方向涵盖了传统高电压技术诸多领域，如电工陶瓷、外绝缘与染污放电、电晕放电及其检测、工程电介质研发与测试、特高压输电技术等，研究所承担了国家973计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等纵向课题，与国家电网、南方电网公司具有密切的技术合作，获得中国电力科技奖、广东省科技奖等诸多省部级科技奖逾30项。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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