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美国普渡大学正在研究使用电场来改善陶瓷烧结加工工艺的新技术,以更好地应用于一系列军事和商业应用

2017-01-26 219浏览 标签: 美国陶瓷烧结加工

2017123日,美国普渡大学介绍了其在本月开始的一个新项目,该项目将从基本机制的角度研究使用电场来改善陶瓷烧结加工工艺的新技术,旨在加快大批量陶瓷烧结加工工艺的商业开发,以更好地应用于一系列军事和商业应用。该项目由来自美国海军研究办公室的300万美元经费资助,项目周期为四年。项目负责人为普渡大学材料工程学院的Haiyan Wang教授,团队其他成员还包括来自加州大学戴维斯分校、罗格斯大学、科罗拉多州立大学和海军研究实验室的教授和科学家们,以及若干博士生和博士后研究员。

 

普渡大学的研究人员使用透射电子显微镜研究陶瓷样品; 这项工作涉及各种军事和商业用途的陶瓷制造(图片来自普渡大学)


许多军用或商用的关键陶瓷部件的制造成本高昂,因为陶瓷材料通常需要在1500摄氏度下经过几个小时的烧结,才能从粉末状态熔合到一起。现在,研究人员正在努力更好地了解一种新的技术,可以降低制造成本,同时大幅加快制造过程。研究团队将对使用电场以改善烧结过程的电场辅助烧结技术(field-assisted sintering technologyFAST)进行深入研究。这种快速烧结(flash sintering)的技术,其加工时间只需要几秒钟,并且可以将加工温度降低50%或更多,达到约800摄氏度。

了解FAST工艺背后的机制可以加快大批量陶瓷烧结加工工艺的商业开发。相同的电场相关机制也适用于除了快速烧结之外的其它应用,例如带电离子在整体功能中起关键作用的二次电锂离子电池和燃料电池的相关研究。

 

注:FAST技术最早在2014年初由美国海军制造与维护技术研究所(Institute for Manufacturing and Sustainment TechnologiesiMAST)披露,是近年来美国国防部的制造技术(ManTech)计划支持下的创新性较为突出的技术成果之一,由于其突破性的优异加工性能而在军事等高端制造领域有着很高的应用价值。军事应用可包括军用导热材料、硬质合金刀片、军用陶瓷防弹瓦,以及天基反射镜光学元件等。当时预计该技术将在3-5年内实现工业应用,如今看来已有一定滞后,此次的项目即为辅助该技术应用推广的基础研究工作。

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