火花等离子烧结 (SPS) 从根本上改变了 SDC-碳酸盐电解质的微观结构，与传统的冷压方法相比，有了显著的改进。其主要优势在于能够实现超过 95% 的相对密度，而传统烧结通常停滞在 75% 以下。
通过 SPS 实现的优越密度不仅仅是一个结构指标；它是消除孔隙并为离子传输创造无障碍通道的关键因素，直接导致离子电导率显著提高。
密度差异
突破 75% 的障碍
两种方法之间最直接的物理区别是最终颗粒的密度。传统的冷压烧结通常难以完全压实材料，导致样品的相对密度低于 75%。
相比之下，SPS 采用同时施加压力和场辅助加热的方式来强制致密化。该过程一致地产生相对密度超过 95% 的电解质颗粒，接近材料的理论最大值。
消除结构缺陷
与传统方法相关的低密度意味着结构中存在大量空隙。这些空隙会阻碍性能。
SPS 有效地消除了这种孔隙率。通过机械和热力学方式使这些空隙塌陷，该过程产生的是实心的、连续的陶瓷体，而不是松散连接的颗粒聚集体。
对电化学性能的影响
增强颗粒接触
为了使电解质有效地工作，构成它的微观颗粒必须紧密接触。
SPS 促进了这些颗粒之间的紧密接触。这种紧密的堆积确保离子能够从一个晶粒自由地移动到下一个晶粒，而不会遇到物理间隙或电阻屏障。
无障碍离子传导
消除孔隙和紧密颗粒接触的直接后果是为离子提供了更顺畅的路径。
由于路径无障碍，SDC-碳酸盐复合电解质表现出显著提高的离子电导率。SPS 工艺消除了困扰冷压样品的微观结构瓶颈。
传统方法的局限性
孔隙率的代价
虽然传统的冷压烧结是一种标准的制备方法，但对于这类特定的材料，它本质上会导致多孔结构。
这种孔隙率是离子运动的“死胡同”。如果您的应用需要高效率的传导，传统方法<75% 的密度上限代表了一个显著的性能瓶颈，如果不改变烧结技术就无法克服。
弱的颗粒间结合
除了简单的密度之外，冷压还无法实现高性能所需的“紧密”固-固界面。
在没有 SPS 的辅助致密化的情况下，颗粒之间的接触点仍然很弱，导致内部电阻较高，电解质的整体效率较低。
为您的目标做出正确选择
在 SPS 和传统烧结之间进行选择完全取决于您对 SDC-碳酸盐电解质的性能要求。
- 如果您的主要重点是最大化离子电导率：您必须使用 SPS 来实现无障碍离子路径所需的 >95% 密度。
- 如果您的主要重点是微观结构完整性：SPS 对于消除冷压样品固有的 <75% 密度中的空隙和孔隙率是必需的。
通过选择火花等离子烧结，您实际上是用实现电解质全部潜力的关键密度来换取冷压的简单性。
总结表：
| 属性 | 传统烧结 | 火花等离子烧结 (SPS) |
|---|---|---|
| 相对密度 | < 75% | > 95% |
| 微观结构 | 多孔，结合力弱 | 致密，颗粒接触紧密 |
| 离子电导率 | 由于路径受阻而较低 | 显著更高，路径无障碍 |
| 主要优势 | 简单性 | 性能和微观结构完整性 |
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