Sintering Ceramics at Room Temperature using Phase-Changing Additives

使用相变添加剂在室温下烧结陶瓷

基本信息

  • 批准号:
    EP/X019055/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Up to 90% of the energy used over the lifetime of a ceramic component is consumed during manufacturing. The very high temperatures used are by far the biggest barrier to the wider use of ceramic materials, despite their suitability for use in a wide range of applications including solid-state batteries and other devices. In this project we will attempt to eliminate the need for heating to densify ceramic materials. We will start with pellets pressed from highly pure ceramic powders to which we will add very carefully controlled amounts of "phase-changing additive" substances which convert to metals at relatively low temperatures. This will provide us with a way to input energy by connecting the material to a power supply which will preferentially heat the surfaces of the particles where these substances are placed. We hypothesize that this will lead to intense heating in this region locally, enabling sintering to occur without needing to raise the temperature of the entire sample. This paradigm-shifting idea would radically reduce energy consumption in the ceramics industry and enable co-processing of ceramics with other materials which would usually degrade at the high temperatures of conventional ceramic processing methods. This work, if successful, will enable better manufacturing routes for important technological applications including solid-state batteries and ceramic-based metalized metamaterials for use in imaging and communication. In this project we propose several methods to investigate whether our hypothesis is correct and whether the effects we propose can be sufficiently controlled to lead to extensive densification. We will also investigate how universal the effects are by substituting materials with different ionic, electrical, and thermal conductivities. The project will also involve extensive work to characterise the samples produced using a wide range of imaging, X-ray spectroscopy, and bulk property measurement methods.
在制造过程中,陶瓷组件的一生中使用的能量中多达90%。尽管它们适合在包括固态电池和其他设备在内的广泛应用中使用,但使用的高温是迄今为止更广泛使用陶瓷材料的最大障碍。在这个项目中,我们将尝试消除加热以使陶瓷材料致密的需求。我们将从高度纯净的陶瓷粉末压制的颗粒开始,我们将添加非常精心控制的“相变添加剂”物质,这些物质在相对较低的温度下转换为金属。这将为我们提供一种通过将材料连接到电源的方法来输入能量的方法,该电源将优先加热放置这些物质的颗粒的表面。我们假设这将导致该区域的强烈加热,从而无需提高整个样品的温度而进行烧结。这个范式转移的想法将从根本上减少陶瓷行业的能耗,并能够与其他材料共同加工陶瓷,这些材料通常会在常规陶瓷加工方法的高温下降级。如果成功的话,这项工作将为重要的技术应用提供更好的制造路线,包括固态电池和基于陶瓷的金属化的超材料,用于成像和通信。在这个项目中,我们提出了几种方法来研究我们的假设是否正确,以及我们提出的影响是否可以得到足够的控制以导致广泛的致密化。我们还将通过替换具有不同离子,电导和热导电率的材料来研究效果的普遍性。该项目还将涉及广泛的工作,以表征使用广泛的成像,X射线光谱和批量性质测量方法产生的样品。

项目成果

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