Flash-sintering is een keramische verwerkingstechniek die elektrische stroom gebruikt om het keramische monster intern intensief te verwarmen in plaats van alleen externe ovenverwarming te gebruiken. Het proces kan de verwerkingstemperaturen en -duur van keramiek aanzienlijk verlagen, waardoor keramiek samen met metalen of andere materialen kan worden verwerkt, en het energieverbruik te verminderen.

Echter, het proces kan resulteren in keramiek van lage kwaliteit als gevolg van zwakheden veroorzaakt door inhomogeniteiten in de microstructuur.

De oorsprong van deze inhomogeniteiten veroorzaakt door thermische gradiënten in het materiaal tijdens flash sinteren is onderzocht door onderzoekers van WMG, University of Warwick en academische en industriële medewerkers, en routes om de effecten van deze gradiënten te verzachten worden geschetst.

Door deze gemodificeerde flash-sinterroutes aan te nemen, wordt het bredere gebruik van flash-sintering in keramische verwerking mogelijk, waardoor een lagere energieproductie mogelijk is van veel bruikbare keramische producten, waaronder solid-state batterijen.

Het verdichten van keramiek met behulp van flash-sintering vermindert het energieverbruik en kan worden gebruikt om de levensvatbaarheid van het vervaardigen van complexe keramische structuren, zoals die vereist voor solid-state batterijen, te verbeteren door de temperaturen te verlagen en de duur van de warmtebehandeling te verkorten.

In samenwerking met academische en industriële partners, onderzoekers van WMG, University of Warwick heeft een overzicht gepubliceerd van de stand van de techniek van flash-sinteren, gericht op de vorming van inhomogene gebieden binnen de keramiek die momenteel het opschalingspotentieel van flash-sinteren beperken. De review stelt vast dat thermische gradiënten verantwoordelijk zijn voor microstructurele inhomogeniteiten en suggereert routes om deze effecten te elimineren of te verminderen.

De vermindering van het energieverbruik in de keramische productie-industrie is een belangrijke stap in het behalen van de wereldwijde emissiereductiedoelstellingen, aangezien conventionele processen lange bakbehandelingen bij zeer hoge temperaturen vereisen. Er zijn de afgelopen tien jaar verschillende energiezuinige processen ontwikkeld, waarbij flash-sintering in opkomst is als een bijzonder veelbelovende route voor het verdichten van materialen voor gebruik in toepassingen zoals solid-state batterijen, thermische barrièredeklagen, en keramische verbindingen.

In de krant, 'Promoting microstructurele homogeniteit tijdens flash sinteren van keramiek door middel van thermisch beheer' gepubliceerd als onderdeel van een speciale uitgave van het MRS Bulletin, Gareth Jones en Dr. Claire Dancer van WMG, University of Warwick werkte samen met medewerkers van de University of Trento, Wuhan Universiteit van Technologie, Normandie Université, en Lucideon Ltd om de oorsprong van microstructurele variaties in verschillende regio's van keramische materialen die flash-sintering ondergaan, te beoordelen.

Verschillen in microstructurele ontwikkeling komen voort uit thermische gradiënten in het materiaal tijdens de verwerking, en deze kunnen worden verminderd door zorgvuldig thermisch beheer tijdens het flash-sinterproces. Waaronder:

• De methode voor het aanbrengen van elektroden wijzigen
• Verbetering van de thermische homogeniteit door isolatie
• De frequentie van de wisselstroom afstemmen
• Het ontwikkelen van contactloze methoden voor het toepassen van de elektrische stroom, die momenteel beperkt zijn tot consolidatie van thermische barrièrecoatings.

De bevindingen van deze review bieden een routekaart voor verder onderzoek naar thermisch beheer bij flash-sinteren, die de ontwikkeling van het proces voor industriële implementatie zal versnellen.

Dr. Claire Danser, leider van de Keramiekgroep binnen het Directoraat Materialen en Duurzaamheid van WMG, University of Warwick opmerkingen:

"Het verlagen van de verwerkingstemperaturen van keramiek door gebruik te maken van technieken zoals flash-sintering is een essentiële stap voor het vervaardigen van complexe multi-materiaalstructuren zoals die nodig zijn voor solid-state batterijen, en voor het verlagen van het totale energieverbruik in de keramische industrie.

"Echter, het proces moet robuuste homogene keramische materialen produceren om wijdverbreid te kunnen worden gebruikt. Ons artikel legt uit waarom flash-sintering kan resulteren in inhomogene eigenschappen in keramiek en suggereert een aantal routes om deze effecten te verminderen."