【產(chǎn)通社，12月11日訊】中國科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，以鎂鋁尖晶石（MgAl2O4）和氧化釔陶瓷（Y2O3）為代表的高光學(xué)質(zhì)量透明陶瓷，因優(yōu)異的綜合物理化學(xué)性能，在激光、高技術(shù)和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，受限于陶瓷材料本身的脆性與難加工特性，透明陶瓷的連接是實際工程應(yīng)用過程中面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，已有多種應(yīng)用于透明陶瓷的連接技術(shù)，如機(jī)械連接、擴(kuò)散連接、釬焊連接等，但均難以解決連接部件同時具有高連接強(qiáng)度與良好光學(xué)透過率的要求。近幾年，受到閃速燒結(jié)（Flash sintering）技術(shù)的啟發(fā)，電場輔助快速連接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這一技術(shù)通過施加閾值直流電場激發(fā)大量氧缺陷，在力-熱-電三場耦合作用下，能夠在極短的時間內(nèi)（秒級）實現(xiàn)陶瓷材料的連接。

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所先進(jìn)碳化物陶瓷材料課題組研究員劉巖首次提出將電場輔助快速連接技術(shù)應(yīng)用于透明陶瓷的連接。近期，該團(tuán)隊實現(xiàn)了鎂鋁尖晶石/鎂鋁尖晶石以及氧化釔透明陶瓷/鈦合金之間的電場輔助快速連接，通過對工藝參數(shù)、連接強(qiáng)度和界面形貌的調(diào)控，在1500℃/(5v/cm)/180秒的工藝條件下獲得抗彎強(qiáng)度達(dá)到256MPa（母材自身強(qiáng)度的114%）且在中紅外波段透過率達(dá)到85%的MgAl2O4/ MgAl2O4連接件，同時，采用電場輔助快速連接技術(shù)同樣實現(xiàn)了Y2O3透明陶瓷與TC4鈦合金的連接，且連接部件最高抗剪切強(qiáng)度達(dá)到36±2 MPa。該團(tuán)隊通過對連接界面物相分析、有限元模擬、阻抗分析等方法，對透明陶瓷電場輔助快速連接機(jī)理提出了新見解。對于透明陶瓷間的連接而言，接觸阻抗導(dǎo)致焦耳熱在接合界面附近積聚，使得擴(kuò)散系數(shù)增大并促進(jìn)肖特基缺陷的形成，同時缺陷沿電場方向快速遷移，實現(xiàn)界面連接；對于透明陶瓷與金屬間的連接而言，電場和電流的協(xié)同作用，氧空位在閾值電場作用下生成并與電子結(jié)合，在界面附近聚集成微孔，同時在焦耳加熱和電流電遷移的共同作用下與原子/離子發(fā)生快速反應(yīng)而實現(xiàn)連接。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《歐洲陶瓷學(xué)會志》上，并申請中國發(fā)明專利。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃的支持。查詢進(jìn)一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.cas.cn/syky/202312/t20231206_4990517.shtml。（張怡，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）