做(zuo)退火、淬火、烧结(jie)、灰化(hua)、灰(hui)分等实验的(de)实(shi)验(yan)电(dian)炉(lu)有哪些

陶(tao)瓷(ci)材(cai)料的优(you)势(shi)与应用(yong)

陶瓷(ci)材(cai)料(liao)极为重(zhong)要，依靠高的(de)热(re)稳(wen)定(ding)性、机械稳(wen)定(ding)性以及化学(xue)稳(wen)定(ding)性，在众多(duo)领域(yu)被广泛(fan)运(yun)用。并(bing)且，基(ji)于第一(yi)性原(yuan)理(li)方法的(de)计(ji)算(suan)预测(ce)对于加(jia)快(kuai)陶(tao)瓷材料的探索进(jin)程、推动其发展(zhan)改进(jin)有(you)着(zhe)不可忽视的重(zhong)要(yao)价值(zhi)，同时，通过实(shi)验(yan)去(qu)证(zheng)实相(xiang)关预(yu)测的材(cai)料特性(xing)也(ye)是关键所在(zai)。

传(chuan)统陶瓷(ci)烧(shao)结(jie)工(gong)艺短板

传统(tong)陶(tao)瓷(ci)烧(shao)结工(gong)艺存在(zai)明(ming)显(xian)局(ju)限，其加工时(shi)间(jian)偏长(zhang)，而且(qie)因为挥发性元(yuan)素(su)出现损失，致使(shi)成分(fen)控制水平(ping)不(bu)佳，这一系(xi)列(lie)问题对(dui)材料筛选(xuan)率(lv)起(qi)到(dao)了限制作用。

新型工艺及研发(fa)团(tuan)队

为(wei)突破(po)上述(shu)局限，由美(mei)国马里(li)兰大学(xue)胡良(liang)兵教(jiao)授(shou)、莫(mo)一(yi)非(fei)教(jiao)授，弗(fu)吉(ji)尼(ni)亚理(li)工大(da)学(xue)、加州大(da)学郑(zheng)小雨(yu)教授和(he)加州(zhou)大(da)学圣地(di)亚(ya)哥分(fen)校骆(luo)建(jian)教授等(deng)组成的(de)团队，开(kai)发(fa)出了超(chao)快高温烧结（UHS）工(gong)艺(yi)，该工艺是(shi)在惰性气(qi)体(ti)环境下(xia)，借助辐射加(jia)热的方(fang)式来制备陶瓷(ci)材料(liao)。

UHS 工(gong)艺应(ying)用(yong)展(zhan)示

文(wen)章列举(ju)了(le)多(duo)个(ge) UHS 工艺过程的(de)实(shi)例，展(zhan)现(xian)出(chu)其在(zai)固(gu)态(tai)电(dian)解质(zhi)、多组分结构(gou)以(yi)及(ji)高通(tong)量材(cai)料筛选(xuan)等(deng)方(fang)面所(suo)具备的潜(qian)在(zai)用途(tu)以(yi)及应(ying)用(yong)上(shang)取得(de)的进展(zhan)情(qing)况。

UHS 工(gong)艺原(yuan)理(li)

UHS 工艺(yi)是(shi)把压制(zhi)好的(de)陶(tao)瓷前体粉(fen)末(mo)生胚放(fang)置在两根碳条(tiao)之(zhi)间，利用(yong)碳(tan)条通过辐(fu)射(she)和传导的方式(shi)快速对(dui)生(sheng)胚进(jin)行加(jia)热，以此(ci)营(ying)造(zao)出(chu)均(jun)匀统一的(de)高(gao)温(wen)环(huan)境(jing)，该环(huan)境可服务(wu)于快速(su)合(he)成(cheng)（固态反(fan)应(ying)）以(yi)及反(fan)应(ying)烧结(jie)，促(cu)使陶瓷粉(fen)末(mo)快速实现(xian)固(gu)化。

工(gong)艺可达(da)到的(de)温(wen)度(du)及适用(yong)范围

在惰性气(qi)氛(fen)里，这(zhe)些(xie)碳加(jia)热元(yuan)件能(neng)够提供高达(da) 3000℃的(de)温度，凭借这(zhe)样(yang)的高温(wen)条件，几(ji)乎(hu)可以(yi)满(man)足任何(he)陶瓷(ci)材(cai)料(liao)的(de)合(he)成(cheng)与烧(shao)结(jie)需求(qiu)。

研究人(ren)员的烧(shao)结拓展(zhan)应用(yong)

复合(he)结(jie)构烧结探索(suo)：在(zai)烧(shao)结应(ying)用拓展(zhan)方(fang)面(mian)，研(yan)究人(ren)员的能(neng)力不(bu)局(ju)限于(yu)单一成分陶(tao)瓷烧结(jie)，他们(men)还(hai)成功烧结了两种材料复(fu)合(he)的(de)结(jie)构，并(bing)且(qie)十分(fen)注重对(dui)烧(shao)结界面(mian)的研究分(fen)析(xi)，这(zhe)有助(zhu)于深(shen)入(ru)了解(jie)不同材(cai)料结(jie)合(he)处的特性与变(bian)化(hua)情况(kuang)，为(wei)后续更多(duo)复(fu)合(he)陶(tao)瓷材(cai)料的(de)研发及(ji)应用(yong)奠定基础(chu)。

复(fu)杂晶(jing)格(ge)结构(gou)烧(shao)结(jie)实(shi)践(jian)：除了(le)常规(gui)的简(jian)单原片结构，研(yan)究人员(yuan)利用(yong)先(xian)进的(de) 3D 打印技术(shu)制(zhi)造出复杂的(de)晶(jing)格结(jie)构(gou)，然(ran)后对其实施(shi)快速(su)高温烧结(jie)试验。值得一提的是(shi)，试(shi)验(yan)后呈现(xian)出(chu)良(liang)好(hao)的结(jie)果，原(yuan)本的(de)复(fu)杂晶(jing)格(ge)结构(gou)形(xing)状(zhuang)得以保持，这意味着该(gai)烧(shao)结(jie)方(fang)法(fa)在(zai)处(chu)理复(fu)杂结(jie)构陶瓷材(cai)料(liao)时具(ju)有(you)可行(xing)性(xing)和(he)稳(wen)定(ding)性(xing)，为(wei)制造(zao)具有(you)特殊(shu)性(xing)能和复杂形状(zhuang)的陶(tao)瓷(ci)制品(pin)提供了(le)可(ke)能。

超(chao)快(kuai)高温(wen)烧(shao)结(jie)方法的(de)重(zhong)要价值

研(yan)究人(ren)员(yuan)强(qiang)调的(de)这(zhe)种超(chao)快(kuai)高温烧(shao)结(jie)方(fang)法有(you)着(zhe)非凡(fan)意(yi)义，称得(de)上是(shi)超(chao)快烧结(jie)技术(shu)发(fa)展(zhan)进程中的重(zhong)要(yao)突破。

其一(yi)，它的(de)适(shi)用(yong)性(xing)极(ji)为广(guang)泛，能够(gou)适(shi)用于(yu)多种(zhong)功能(neng)材料，这就(jiu)使(shi)得众(zhong)多不同(tong)功能(neng)需求(qiu)的陶瓷(ci)材(cai)料都可以(yi)借助(zhu)该方(fang)法来(lai)进行烧(shao)结制(zhi)备(bei)，极大(da)地拓宽了陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)在(zai)各领域应用的(de)范(fan)围(wei)。

其二，其(qi)在(zai)创(chuang)造(zao)非平衡块状(zhuang)材料方(fang)面展现(xian)出(chu)巨(ju)大潜(qian)力，通过保(bao)留或(huo)者(zhe)产(chan)生(sheng)额外(wai)缺陷来实现这(zhe)一(yi)目(mu)的(de)。这(zhe)些(xie)额(e)外的缺(que)陷有(you)可(ke)能(neng)会(hui)赋予陶瓷(ci)材(cai)料(liao)一(yi)些(xie)的物(wu)理、化学(xue)等(deng)性(xing)能(neng)，比如可(ke)能(neng)会(hui)改变(bian)材(cai)料(liao)的导电性、硬度等(deng)，从(cong)而满(man)足更(geng)多特殊(shu)场(chang)景(jing)下(xia)对(dui)陶(tao)瓷材料(liao)性能的要(yao)求，推动(dong)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料在(zai)高(gao)科技等(deng)领域发(fa)挥(hui)更重(zhong)要的(de)作用(yong)。

加工(gong)时间方面(mian)

传统烧(shao)结工(gong)艺加(jia)工时间长(zhang)。而(er)超快(kuai)高(gao)温(wen)烧结（UHS）工艺(yi)通过(guo)辐射加热(re)，能够(gou)快(kuai)速(su)合(he)成(cheng)（固(gu)态(tai)反应）和(he)反应(ying)烧结，使陶(tao)瓷(ci)粉末迅(xun)速固化，大大缩(suo)短(duan)了加工(gong)时(shi)间(jian)，有效提高(gao)了生(sheng)产效(xiao)率(lv)。

成分控制(zhi)方(fang)面(mian)

传统烧结工艺由于(yu)挥发性元(yuan)素的(de)损(sun)失导致(zhi)成分(fen)控制较(jiao)差(cha)。UHS 工艺是在惰(duo)性(xing)气(qi)体环境(jing)下(xia)进(jin)行(xing)的，这(zhe)种环境可以减(jian)少(shao)挥发性(xing)元素(su)的损(sun)失(shi)，使得对陶(tao)瓷材(cai)料成(cheng)分(fen)的(de)控(kong)制更加精(jing)准，有(you)利(li)于(yu)提高(gao)材料的(de)质量和性(xing)能。

温度(du)方面(mian)

传(chuan)统(tong)烧(shao)结工(gong)艺(yi)可(ke)能(neng)很(hen)难(nan)达到足(zu)够高的温度来合(he)成(cheng)和(he)烧(shao)结(jie)某(mou)些(xie)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)。而(er) UHS 工(gong)艺(yi)中(zhong)的(de)碳加热(re)元件在惰(duo)性气氛(fen)中(zhong)可(ke)以(yi)提(ti)供高达 3000℃的(de)温(wen)度，这一(yi)高温(wen)足(zu)以合(he)成(cheng)和(he)烧(shao)结(jie)几乎(hu)任何(he)陶瓷材(cai)料，极(ji)大(da)地(di)拓(tuo)宽(kuan)了(le)可烧(shao)结(jie)陶瓷材料的范(fan)围。

结构适应(ying)性(xing)方面(mian)

传(chuan)统(tong)烧结方法(fa)在处(chu)理(li)复(fu)杂结(jie)构材(cai)料(liao)时(shi)可能(neng)会遇(yu)到困(kun)难。UHS 工(gong)艺不(bu)仅(jin)可(ke)以(yi)烧(shao)结单一(yi)成(cheng)分的陶瓷(ci)，还能烧(shao)结两(liang)种材料(liao)复(fu)合的(de)结构(gou)，并且(qie)对烧(shao)结界面(mian)能进行研究(jiu)。同时(shi)，对(dui)于(yu) 3D 打印机(ji)制造的复杂晶(jing)格(ge)结构(gou)，经(jing)过(guo) UHS 工艺(yi)烧(shao)结(jie)后(hou)还(hai)能(neng)保持(chi)原有的结(jie)构(gou)形(xing)状(zhuang)，这(zhe)表(biao)明 UHS 工(gong)艺(yi)对(dui)不(bu)同结构(gou)材料(liao)的(de)适应性更(geng)强(qiang)。

能(neng)源领(ling)域

• 固态电(dian)池(chi)

  ：可用于烧结(jie)固态(tai)电(dian)解(jie)质(zhi)和电(dian)极(ji)材料(liao)，如(ru)在石(shi)榴(liu)石型固(gu)态电(dian)解质(zhi)（LLZTO）表(biao)面(mian)原(yuan)位合成(cheng)高熵负极(ji)材料(liao)，构(gou)建高稳定(ding)性的正极 | 电解(jie)质界面(mian)，显(xian)著(zhu)降(jiang)低界(jie)面(mian)电阻并(bing)提(ti)高化学稳(wen)定(ding)性，为全固态锂(li)电(dian)池(chi)的商(shang)业(ye)化应(ying)用铺(pu)平(ping)了(le)道路(lu)。

• 其(qi)他(ta)能源(yuan)存储材料

  ：制备高性(xing)能的超级(ji)电容器(qi)电(dian)极材(cai)料、燃(ran)料电池电解(jie)质和(he)电极等(deng)，有(you)助(zhu)于提高(gao)能源(yuan)存储和转(zhuan)换效(xiao)率(lv)，提(ti)升(sheng)设(she)备的(de)性(xing)能和稳(wen)定(ding)性。

材(cai)料(liao)科(ke)学研(yan)究(jiu)领(ling)域

• 制备高熵材(cai)料

  ：通(tong)过(guo)快(kuai)速(su)加(jia)热和(he)冷却过程(cheng)，在高(gao)温下(xia)烧(shao)结(jie)两(liang)相材(cai)料时部分(fen)抑(yi)制(zhi)元(yuan)素(su)交(jiao)叉扩散(san)，为合(he)成(cheng)高(gao)熵(shang)材(cai)料(liao)提供(gong)了(le)新策(ce)略，可(ke)用(yong)于(yu)开(kai)发具有(you)优异(yi)性能的(de)高熵(shang)合金、高(gao)熵(shang)陶瓷(ci)等材(cai)料(liao)。

• 探(tan)索(suo)非平衡(heng)态材料

  ：利(li)用其(qi)高加热(re)速(su)率和短烧结时间的(de)特(te)点，创(chuang)造(zao)非平(ping)衡(heng)块(kuai)状材料(liao)，保留(liu)或产生(sheng)额外缺(que)陷，研究材(cai)料在非平(ping)衡(heng)态下的物理(li)和化(hua)学性(xing)质(zhi)，为材(cai)料(liao)科(ke)学(xue)的(de)理论研究和(he)新(xin)材料(liao)的发(fa)现提(ti)供了新的途径(jing)。

陶(tao)瓷(ci)工(gong)业领(ling)域

• 高(gao)性(xing)能(neng)陶瓷(ci)制(zhi)备

  ：适(shi)用于(yu)多(duo)种(zhong)高(gao)性(xing)能陶瓷材料的(de)合(he)成(cheng)，包括结(jie)构陶(tao)瓷(ci)和功(gong)能(neng)陶瓷(ci)，如(ru)氧化铝(lv)陶瓷(ci)、氧化锆陶(tao)瓷等(deng)，可(ke)在(zai)短(duan)时间(jian)内实现(xian)陶(tao)瓷(ci)的高(gao)密度(du)烧结，提高(gao)材料的(de)致密(mi)度(du)、硬(ying)度和(he)力(li)学(xue)性能(neng)，用(yong)于(yu)生(sheng)产高温环(huan)境下(xia)的炉(lu)膛衬(chen)里(li)、热交换器等陶瓷制品(pin)。

• 复杂(za)结构(gou)陶(tao)瓷制造(zao)

  ：兼容 3D 打印的陶瓷前体，为制备具(ju)有(you)复(fu)杂几(ji)何形状(zhuang)的(de)陶瓷(ci)结构(gou)提供了(le)可(ke)能(neng)，可制(zhi)造(zao)出(chu)如(ru)用于航空航天(tian)领域(yu)的复杂陶瓷部件(jian)、生物医学(xue)领(ling)域的(de)个性化(hua)陶瓷植入(ru)物(wu)等(deng)。

粉末冶金(jin)领域

虽(sui)然(ran)传统上(shang) UHS 工(gong)艺(yi)主(zhu)要应(ying)用于陶瓷领(ling)域(yu)，但在粉末(mo)冶金领(ling)域(yu)也(ye)有(you)一(yi)定(ding)的(de)应(ying)用潜(qian)力，如(ru)用于制备(bei)金属(shu)材料(liao)、高(gao)纯度金(jin)属(shu)材料、纳(na)米(mi)材料(liao)和(he)复合材料等，通(tong)过(guo)控(kong)制烧结温度、压(ya)力(li)和时(shi)间等(deng)参(can)数(shu)，可(ke)以(yi)改(gai)变(bian)材(cai)料的结晶(jing)结构(gou)和性能(neng)，提高(gao)材(cai)料的致密(mi)性(xing)和硬(ying)度(du)等(deng)

 3  与(yu)传(chuan)统烧结(jie)工(gong)艺相(xiang)比，超快高温烧结（UHS）工(gong)艺的(de)能(neng)耗(hao)如何？

加热方(fang)式(shi)及效率(lv)

传统烧(shao)结(jie)工艺(yi)：通常采(cai)用(yong)电(dian)阻加热(re)等方(fang)式，需要(yao)将(jiang)整个(ge)炉(lu)体(ti)加热(re)至高(gao)温，然后通过(guo)热传递(di)来加热(re)样(yang)品(pin)，这种(zhong)方(fang)式能量(liang)损失大(da)，效率低(di)。

UHS 工艺：如焦(jiao)耳热(re)超快速高(gao)温烧结(jie)，是通(tong)过(guo)材(cai)料(liao)自(zi)身的焦耳效(xiao)应(ying)或利(li)用(yong)炭加热(re)器的(de)热辐(fu)射(she)和(he)传(chuan)导(dao)对(dui)材(cai)料进(jin)行(xing)直接加(jia)热，减少了热量的传输过程，提(ti)高了能量(liang)的利用(yong)率。

烧(shao)结时间

传统烧结(jie)工(gong)艺(yi)：平(ping)均完成(cheng)一次烧(shao)结过(guo)程(cheng)需要(yao)数十(shi)小时甚(shen)至更(geng)多(duo)，长(zhang)时(shi)间(jian)的(de)加热(re)过程(cheng)导致能耗(hao)巨大(da)。

UHS 工艺(yi)：能(neng)够在极(ji)短的(de)时(shi)间(jian)内（如(ru)几(ji)秒(miao)到(dao)十几秒）完成(cheng)烧结，大大(da)缩短(duan)了(le)加(jia)热时(shi)间(jian)，从(cong)而(er)减(jian)少(shao)了(le)能(neng)量的(de)消(xiao)耗(hao)。例(li)如，用 UHS 技(ji)术烧(shao)结(jie)二(er)氧化硅(gui)玻(bo)璃(li)，仅需(xu)约(yue) 10 秒(miao)，而传(chuan)统(tong)方法通常需要(yao)几个(ge)小(xiao)时(shi)的热处(chu)理(li)。

能量损(sun)失(shi)

传(chuan)统烧结工(gong)艺：由于加热(re)速度慢、烧结时间长(zhang)，在(zai)整(zheng)个过程(cheng)中热量散失(shi)较(jiao)多，例(li)如(ru)炉体(ti)的散(san)热(re)、热(re)量(liang)在传(chuan)递(di)过(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)损失(shi)等(deng)。

UHS 工(gong)艺：快(kuai)速的加热和冷却(que)过(guo)程减(jian)少(shao)了(le)热(re)量(liang)在长时间(jian)内(nei)的(de)散失(shi)，同(tong)时(shi)一(yi)些(xie) UHS 设(she)备采(cai)用了(le)高效(xiao)的保温(wen)材料(liao)和的炉(lu)膛(tang)设计，进一步(bu)减(jian)少了(le)热量(liang)的损失(shi)，提高了(le)能量的利用效(xiao)率。

天津中环电(dian)炉(lu)产(chan)品(pin)介(jie)绍(shao)

焦耳热烧结(jie)炉是(shi)一种多(duo)用(yong)途(tu)的(de)新型(xing)快(kuai)速(su)超(chao)高(gao)温(wen)烧结(jie)设(she)备。其(qi)工作(zuo)原理是(shi)：利用通(tong)电(dian)碳材料(liao)的(de)焦(jiao)耳加(jia)热形(xing)成(cheng)高温场(chang)，获(huo)得(de)超快(kuai)升降(jiang)温速(su)率和超高烧(shao)结温(wen)度(du)，可(ke)在数分钟(zhong)时间内实现(xian)粉体(ti)合成(cheng)及陶(tao)瓷材料(liao)的(de)烧(shao)结致(zhi)密化(hua)。

相(xiang)较于传统(tong)烧结设备，其优(you)势在(zai)于(yu)：可(ke)实(shi)现(xian)陶(tao)瓷材(cai)料的(de)快(kuai)速合(he)成(cheng)和烧(shao)结(jie)，抑制低熔点组(zu)分(fen)的高(gao)温(wen)挥发(fa)，并(bing)制备复(fu)杂(za)几(ji)何(he)形状陶(tao)瓷等(deng)优点(dian)。广(guang)泛(fan)适(shi)用(yong)于(yu)氧化(hua)物(wu)、碳化(hua)物、硼(peng)化物、氮化物(wu)、硅化物以及(ji)金属(shu)材料等(deng)高温材(cai)料，如透明陶瓷(ci)、介电陶(tao)瓷、陶瓷电解质(zhi)、氧化物燃料(liao)电池材(cai)料、催(cui)化(hua)剂等(deng)领域(yu)。

性能

毫秒级(ji)脉(mai)冲(chong)加(jia)热(re)：20ms

超快(kuai)升(sheng)温速率(lv)：10-500℃/s

宽(kuan)温域比(bi)色测(ce)温： 600-3000℃

自(zi)定(ding)义程(cheng)序控温(wen)

精准温(wen)度测(ce)量：±2℃

先(xian)进碳(tan)质加(jia)热(re)器(qi)：额(e)定(ding)温(wen)度(du) 3000℃

技(ji)术(shu)参数(shu)：