Keramiek ‘bakken’ kan ook bij kamertemperatuur. Mits je de druk verhoogt en de klei iets vochtiger maakt dan normaal, schrijven Clive Randall en collega’s van Penn State University in Angewandte Chemie.

Volgens henzelf is het een ‘paradigm shift’ op keramisch gebied.

Dat bakken is in feite een sinterproces. Je gaat uit van een poeder, en je verhoogt de temperatuur dusdanig dat het voor de losse deeltjes thermodynamisch interessant wordt om te fuseren. Dat heeft vooral te maken met de oppervlakte vrije energie: de energie die nodig is om het oppervlak te vergroten, en die juist vrij komt als je het verkleint. Die energie zorgt weer dat ionen van het ene deeltje naar het andere kunnen diffunderen zodat die twee letterlijk aan elkaar kunnen bakken. Daarvoor hoeft het materiaal niet daadwerkelijk te smelten, maar de benodigde temperaturen zijn wel behoorlijk hoog.

Randall meldt nu dat je hetzelfde effect kunt bereiken door de poederdeeltjes te bevochtigen met een heel klein beetje water. Voorwaarde is dat het materiaal daar een beetje in oplost. Vervolgens verhoog je de druk tot een paar duizend atmosfeer. Het lijkt er op dat dan eerst de scherpe randjes van de deeltjes in oplossing gaan, waarna de opgeloste ionen zich verderop weer vastzetten en zo de ruimte tussen de deeltjes opvullen. In principe is kamertemperatuur hiervoor al voldoende; een beetje verhitten verbetert het resultaat maar hoger gaan dan 120 ºC lijkt geen zin te hebben.

De onderzoekers hebben dit ‘Cold Sintering Process’ (CSP) eerst uitgeprobeerd met keukenzout, dat wel meer dan een beetje in water oplost zodat je hoge drukken achterwege kunt laten. Maar vervolgens bleek het ook prima te lukken met onder meer Li₂MoO₄, Na₂Mo₂O₇, K₂Mo₂O₇ en V₂O₅. De te bereiken dichtheid hangt van de procescondities af, maar 90 tot 95 % van massief oxide (en dus 10 tot 5 % resterende lucht) is gemakkelijk te halen. Kwalitatief is het resultaat vergelijkbaar met conventioneel bij hoge temperatuur gebakken keramiek.

Energiebesparing zou een voordeel van CSP kunnen zijn. Maar de auteurs wijzen ook op de mogelijkheid om verschillende materialen met elkaar te combineren zonder je zorgen te hoeven maken over temperatuurbestendigheid of sterk verschillende uitzettingscoëfficiënten.

bron: Wiley