陶瓷的成型至关重要。目前的技术无法在不削弱陶瓷性能的情况下轻松快速地成型陶瓷，尤其是压电陶瓷。2024年11月18日，香港科技大学杨征保教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Programmable and rapid fabrication of complex-shape ceramics》的研究论文，单尧、李学木、Wanjun Zhao为论文共同第一作者，杨征保教授为论文通讯作者。摘要：2024年11月18日，香港科技大学杨征保教授在国际顶级期刊NatureCommunications发表题为《Programmable and rapid fabrication of complex-shape ceramics》的研究论文，单尧、李学木、W
杨征保，香港科技大学机械与航空航天工程学系教授。2012 年获得哈尔滨工业大学学士学位，2016年在多伦多大学获得博士学位，2023年加入香港科技大学任教。
杨征保教授的研究兴趣是振动和机电一体化，特别专注于开发用于传感器、执行器和能量收集器的智能材料和动态系统，已申请中美专利20余项，在Nature、Nature Comm.、Science Robotics、Science Advances、Joule、EES、AM等高影响力期刊发表学术论文130余篇。
作者提出了一种超快速陶瓷成型方法，即利用热机械场将陶瓷粉末压坯变形并烧结成复杂形状的陶瓷。成形过程取决于：（1）实施精确的热场以激活最佳的变形能力；（2）施加足够的机械载荷来引导变形。
作者采用可编程碳毡焦耳加热器，该加热器同时充当机械载体，有效地将施加的载荷转移到陶瓷粉末压坯上。使用这种超快成型和烧结（USS）方法，研究人员制备了扭曲形状、拱形形状和微图案的钛酸钡（BT）压电陶瓷。USS方法节能（需要大约1.06 kJ mm−3）且省时（几分钟内）。
总体而言，USS方法为陶瓷成型提供了一种有效的解决方案，并以增强的多功能性将其扩展到3D几何形状。
综上，这篇论文提出了一种超快速陶瓷成型方法，通过热机械场的作用，能够高效地将陶瓷粉末压块变形和烧结成复杂形状的陶瓷，尤其是钛酸钡（BT）压电陶瓷。研究人员成功制备了扭曲形状、拱形和带有微观图案的陶瓷，且该方法在能耗和时间上均表现出卓越性（约1.06 kJ/mm3，几分钟内完成）。
该研究提供了一种新的陶瓷成型技术，解决了传统方法在成型复杂几何形状时的局限性，扩大了陶瓷材料的应用范围。该方法可广泛应用于电子设备、能源技术和极端环境下的陶瓷组件制备，尤其在制备功能陶瓷和结构陶瓷方面具有重要潜力。
Shan, Y., Li, X., Zhao, W. et al. Programmable and rapid fabrication of complex-shape ceramics. Nat. Commun. 15, 9973 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54393-w.
来源：华算科技