金属陶瓷兼具陶瓷的高硬度和金属的良好延展性。因此，在能源生产和转换中，它们有望满足日益增长的恶劣环境对新材料的需求。然而，金属陶瓷烧结面临着诸多挑战，如金属挥发、晶粒粗化、金属与陶瓷的润湿性差等，这些都影响了金属陶瓷的显微组织和力学性能。
近日，马里兰大学胡良兵教授，Ji-Cheng Zhao报道了通过超快高温烧结（UHS）法烧结了一个模型金属陶瓷系统（即Ni基高温合金[20 vol%]和Al2O3[80 vol%]）。
文章要点
1）烧结金属陶瓷（尺寸：34ⅹ9ⅹ1 mm），抛光后表面光滑。对于常规方法，由于Ni基高温合金（1500 °C）与Al2O3（2000°C）之间的熔化温差较大，高温长期烧结导致Ni组分严重损失（5.75 wt %），导致气孔和缺陷（相对密度仅为76.4%）。相比之下，采用UHS可以获得高度致密的组织（相对密度为94.3%），Ni组分的损失可以忽略不计（1.80 wt%），晶粒尺寸均匀（约2-6 mm）。实验结果显示，UHS生产的金属陶瓷具有优异的力学性能和高温稳定性。
2）该方法不仅适用于大样本尺寸（例如，34ⅹ9ⅹ1 mm），而且通过调整碳加热器还可以灵活地调整形状（例如，星形、心形和骨形）。此外，UHS方法也适用于一系列金属陶瓷成分，研究人员展示了高质量的含ZrO2的Ni基高温合金和含钇稳定的氧化锆（YSZ）的Ni基高温合金。
这项研究为超高速、可扩展和高质量的金属陶瓷烧结打开了一扇新的大门。
参考文献
Guo et al., Ultrafast high-temperature sintering to avoid metal loss toward high-performance and scalable cermets, Matter (2021)
DOI：10.1016/j.matt.2021.11.008
https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.008
