Cold sintering: A promising in situ resource utilisation strategy to densify lunar regolith simulants for construction applications

材料科学 烧结 风化土 抗压强度 溶解 制作 陶瓷 复合材料 降水 化学工程 医学 物理 替代医学 病理 天体生物学 气象学 工程类
作者
Zhen Liu,Jinping Li,Cheng Yang,Xiaofei Wang,Jie Xiao,Lishuang Wang,Songhe Meng
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:238: 112674-112674 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2024.112674
摘要

Sintering lunar regolith simulants as building materials is an effective method to establish long-term lunar bases. However, the high energy consumption of conventional thermal sintering is a challenge for energy-scarce lunars. The cold sintering process (CSP), which densifies ceramics with the assistance of transient solvent, offers a solution to overcome the aforementioned problems. Utilizing the CSP at 150 °C, 200 MPa, and 15 wt% 10 mol NaOH for 90 min, the density and compressive strength of the samples reached 2.44 g/cm3 and 207 MPa, respectively. The energy consumption of CSP equipment is only 0.86 kW·h, which is 6.66 times lower than that of conventional thermal sintering (5.73 kW·h). Furthermore, the compressive strength of the samples after three cool-heat cycles temperature between −196 °C and 150 °C was 205 MPa, indicating that the samples maintained high reliability in a simulated lunar environment. This excellent performance is attributed to the NaOH solution dissolving the oxide clusters on the particle surface, and the precipitation-generated glass phase connecting adjacent particles, making the particles consolidated and densified. Therefore, the cold sintering process presents promising prospects for the energy-efficient fabrication of lunar construction materials with excellent mechanical strength and durability.

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