中国粉体网讯 LLZO的常规烧结往往需要在上千的温度中保温数个小时，这会大大增加能源的损耗，同时因为高温导致的锂挥发也会对性能产生影响。外加辐源的烧结方法可以在低温短时间内实现LLZO的致密化，能够有效降低能耗，并抑制锂元素的挥发，因此，现阶段针对LLZO开展烧结工艺的探索也是其研究的热门方向。
微波烧结
微波烧结于20世纪60年代中期问世，90年代后期进入产业化应用，常见于各类型陶瓷材料的制备，其能量转化率高达80％，是一种较为理想的成熟技术。
微波烧结与传统烧结（右为微波烧结）
上图所示为传统烧结方式与微波烧结的对比示意图，由于内部的震动分子之间产生大量的焦耳热，样品实际加热速率高达50℃·min-1，可进一步细化晶粒，提升材料性能。除此之外，烧结时的微波辐射可促进原子扩散，降低烧结活化能，因此对材料的致密化也具有一定的促进作用。
研究认为微波场的存在加强了离子电导效应，通过促进烧结颈带电空位的迁移，使晶粒产生塑性变形，从而促进烧结的进行。发现颈内电场强大，强大电场会产生电离，进而加剧传质，从而加速致密化，这被认为是微波烧结的根本原因。
放电等离子体烧结
放电等离子体烧结（简称SPS），是将材料粉末放置于石墨模具中，同时施加压力和外加电场，通过低电压高电流的活化，制备高性能材料的过程。
SPS烧结装置及过程示意图：（a）装置图；（b）过程图
上图所示为SPS烧结过程示意图，关于其烧结机理普遍认可的观点是电流进入烧结体系时发生分流，流向模具的电流产生大量的焦耳热，加热粉料，而经过烧结体的电流，相邻颗粒之间产生火花放电，发生气体电离的现象，形成的正离子和电子分别向正极和负极移动，在颗粒质点之间放电形成等离子体，随着等离子体密度的不断增大，反向运动的高速粒子流对颗粒表面产生较大冲击力，可以将颗粒表面的气体和氧化膜冲散，同时净化和活化颗粒表面，促进粉末的烧结。同时，在脉冲电场作用下，粉末颗粒未接触的部位产生放电热，接触部位产生焦耳热，高温场在瞬间形成，表面颗粒发生局部熔化，最终通过施加的外力，使熔化的颗粒相互结合，局部热量扩散使结合部位粘接在一起，形成烧结颈，排出气孔，最终实现样品的致密化。
闪烧
闪烧（Flash Sintering，简称FS），是在2010年由Francis等，通过对钇稳定的氧化锆（3YSZ）施加电场，最终在850℃温度下3~5s内实现了材料的致密化，该温度相比于传统烧结的1450℃低了近600℃。
闪烧装置示意图
上图为常见的闪烧装置示意图。2018年研究者又提出了“反应闪烧”的概念，即将混合氧化物或前驱体作为闪烧前的原料，在一步闪烧过程中同时完成相结构的转变及致密化。
闪烧技术经历了十多年的发展，但关于其致密化机理仍没有统一的定论。研究者认为，在电流通过样品时产生的焦耳热增强了扩散能力，加速了致密化过程，由此焦耳热导致晶界的局部熔化，也可能导致电流激增，加速致密化。
此外，部分研究者认为在个别体系中存在弗伦克尔缺陷机理，在闪烧过程中，当间隙离子和空位以成对的形式出现时，即产生大量的缺陷对，电流通过时使空位迁移至晶界处，形成的空位浓度梯度提高了扩散速率，从而实现快速烧结。
以上为不同烧结方式在LLZO制备中的应用及烧结机理的研究现状，其中个别烧结方式的致密化机理尚存在一定的争议，但新型烧结方式普遍具有加速扩散传质，促进致密化的特性，因而能在一定程度上降低能耗，并可在一定条件下获得较好的微观组织结构及性能。
资料来源：石榴石型固体电解质及其界面问题的研究现状/冯宏宇等
（中国粉体网编辑整理/平安）
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