材料合成与制备 课件 粉末烧结材料合成与制备.pdf

第三章 粉末烧结材料合成与制备第三章 粉末烧结材料合成与制备 第三章 粉末烧结材料合成与制备第三章 粉末烧结材料合成与制备 烧结过程是将粉体集合体经高温处理后 形成具有 一定强度和形状的块状材料 烧结过程是将粉体集合体经高温处理后 形成具有 一定强度和形状的块状材料 粉末集 合体 粉末集 合体 致密烧 结体 致密烧 结体 高温高温 气孔气孔 第三章 粉末烧结材料合成与制备第三章 粉末烧结材料合成与制备 金属材料 具有高熔点的金属和金属间化合物金属材料 具有高熔点的金属和金属间化合物 硬质合金硬质合金 WC TiC NbC TaC 具有高硬度 耐 磨性和金属粘结性相有足够的力学性能和抗热震性 能 具有高硬度 耐 磨性和金属粘结性相有足够的力学性能和抗热震性 能 高密度合金高密度合金 W Ni Co 具有密度高 强度高 硬度 高 导电和热性好 热膨胀系数小 抗腐蚀和氧化 性好 机械加工性和焊接性好 具有密度高 强度高 硬度 高 导电和热性好 热膨胀系数小 抗腐蚀和氧化 性好 机械加工性和焊接性好 陶瓷材料中 一般陶瓷块陶瓷材料中 一般陶瓷块 甚至薄膜甚至薄膜 材料都是有烧 结过程的 材料都是有烧 结过程的 第三章 粉末烧结材料合成与制备第三章 粉末烧结材料合成与制备 烧结类型烧结类型 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 1 1 颗粒的烧结活性颗粒的烧结活性 烧结过程实际上是在固态下一个物质或原子的迁移 或扩散过程 烧结过程实际上是在固态下一个物质或原子的迁移 或扩散过程 a 扩散性扩散性 1 体积扩散系数体积扩散系数Dv 原子在晶体内部或晶格内的扩 散能力 原子在晶体内部或晶格内的扩 散能力 亦称为晶格扩散系数亦称为晶格扩散系数 2 晶界扩散系数晶界扩散系数Dgb 原子沿晶界的扩散能力原子沿晶界的扩散能力 3 表面扩散系数表面扩散系数Ds 原子沿各种表面原子沿各种表面 主要是自由表 面的扩散能力 主要是自由表 面的扩散能力 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 其原子自扩散系数可表示为 其原子自扩散系数可表示为 RT G DDexp 0 式中式中 D 对于纯固体为自扩散系数 对于纯固体为自扩散系数 D0 指前因子 指前因子 G 自扩散激活能 自扩散激活能 R 气体常数 气体常数 T 温度 温度 温度是外界影响最关键因素温度是外界影响最关键因素 在给定温度下 粉末的扩散系数值 可以代表粉 末本征的烧结活性 在给定温度下 粉末的扩散系数值 可以代表粉 末本征的烧结活性 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 b 晶体缺陷对扩散的影响晶体缺陷对扩散的影响 空位 空位存在使原子扩散变得容易 在平衡 状态下 空位 空位存在使原子扩散变得容易 在平衡 状态下 原子的自扩散系数就可以与空位扩散系 数及空位平衡浓度联系起来 原子的自扩散系数就可以与空位扩散系 数及空位平衡浓度联系起来 RT Q ADNDD v v exp 式中式中 D 空位扩散系数 空位扩散系数 Nv 平衡的空位摩尔浓度 平衡的空位摩尔浓度 A 常数 常数 Q 空位形成能 空位形成能 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 原子的扩散能力受空位浓度的高低所影响 这是 粉末烧结活性的一个判据 原子的扩散能力受空位浓度的高低所影响 这是 粉末烧结活性的一个判据 接近熔点的空位平衡浓度 接近熔点的空位平衡浓度 Cu Nv 10 3 SiC Nv 0 Cu粉被称为易烧结粉末粉被称为易烧结粉末 烧结活性高烧结活性高 而而SiC粉为 难烧结粉末 粉为 难烧结粉末 烧结活性几乎等于零烧结活性几乎等于零 甚至被称为不 可烧结的物质 甚至被称为不 可烧结的物质 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 1 2 颗粒系统的烧结性与本征热力学驱动力颗粒系统的烧结性与本征热力学驱动力 a 本征过剩表面能驱动力本征过剩表面能驱动力 宏观角度来看宏观角度来看 以大量颗粒集合体以大量颗粒集合体 由于存在大量界面 其系统 处于一个高能状态 由于存在大量界面 其系统 处于一个高能状态 与同质量的未细分晶体相比 具有过剩的表面能 与同质量的未细分晶体相比 具有过剩的表面能 颗粒系统具有的过剩的表面能越高 致密化的 势越大 体系的烧结活性也就越大 颗粒系统具有的过剩的表面能越高 致密化的 势越大 体系的烧结活性也就越大 烧结是一个热力学无可逆过程 烧结是一个热力学无可逆过程 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 本征过剩表面能驱动力简单估计 假定烧结前粉末 系统的表面能为 本征过剩表面能驱动力简单估计 假定烧结前粉末 系统的表面能为Ep 烧结成一个致密的立方体后的 表面能为 烧结成一个致密的立方体后的 表面能为Ed 忽略形成晶界能量的消耗 忽略形成晶界能量的消耗 则本征驱 动力为 则本征驱 动力为 E Ep Ed 代入晶体材料的摩尔质量代入晶体材料的摩尔质量Wm g mol 固固 气表面能 气表面能 sv J m2 粉末比表面 粉末比表面Sp cm2 g 致密固体密度致密固体密度 d g cm3 则有则有 3 2 6 d W SWE m pmsv 3 2 6 d W SW m pm E svWmSp 粒度越细粒度越细 比表面越大比表面越大 本征表面能驱动力就越大 细粉比粗粉易于烧结 本征表面能驱动力就越大 细粉比粗粉易于烧结 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 烧结活性 动力学上的单颗粒自扩散性烧结活性 动力学上的单颗粒自扩散性 热力学 上颗粒结合体的表面能驱动力 热力学 上颗粒结合体的表面能驱动力 经验公式 在适当的烧结时间内获得烧结体的充 分致密化 经验公式 在适当的烧结时间内获得烧结体的充 分致密化 1 2 3 a Dv 式中式中 Dv 体积扩散系数 体积扩散系数 cm2 s 2a 粉末粒度 粉末粒度 m 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 b 本征本征Laplace应力应力 微观角度来看微观角度来看 烧结前 粉末总是大致呈球形 相互有一定接触 烧结前 粉末总是大致呈球形 相互有一定接触 表面的曲率半径 表面 张力和表面所受的应 力差值 表面的曲率半径 表面 张力和表面所受的应 力差值 11 x 式中负号表示 从孔洞内计算式中负号表示 从孔洞内计算 正号表示正号表示x在颗粒内计算半径值 在颗粒内计算半径值 颈部凹表面拉伸应力 的存在颈部凹表面拉伸应力 的存在 相当于有压应力相当于有压应力P作用 在两球接触面的中心线上 作用 在两球接触面的中心线上 使两球靠近 使两球靠近 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 影响颈部影响颈部Laplace应力的主要因素是颈部的曲率半 径 而不是表面张力 应力的主要因素是颈部的曲率半 径 而不是表面张力 比如纯固体的表面张力 在低于熔点的烧结温度 下 比如纯固体的表面张力 在低于熔点的烧结温度 下 其值变化不大其值变化不大 如铜如铜 熔点下为熔点下为1 65N m 室温 下为 室温 下为1 37N m 可视为常数 可视为常数 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 从微观结构变化来看大致有从微观结构变化来看大致有7个阶段 个阶段 l 颗粒之间形成接触颗粒之间形成接触 2 烧结颈长大烧结颈长大 颈长颈长 3 连通孔洞闭合连通孔洞闭合 6 孔洞粗化孔洞粗化 7 晶粒长晶粒长 4 孔洞圆化孔洞圆化 5 孔洞收缩和致密化孔洞收缩和致密化 第一节 烧结过程第一节 烧结过程 从烧结动力学来看 从烧结动力学来看 烧结初期烧结初期 指的是颗粒之间形 成接触和烧结颈长大阶段 指的是颗粒之间形 成接触和烧结颈长大阶段 烧结中期烧结中期 包括了连 孔洞闭合 孔洞圆滑和孔洞收缩与致密化阶段 包括了连 孔洞闭合 孔洞圆滑和孔洞收缩与致密化阶段 烧结后期烧结后期 是指孔洞粗化和晶粒长大阶段 是指孔洞粗化和晶粒长大阶段 烧结动力学主要考察时间 收缩的关系 烧结动力学主要考察时间 收缩的关系 不同烧结期意味着描述时间 收缩的关系数学表达 式不同 不同烧结期意味着描述时间 收缩的关系数学表达 式不同 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 强化烧结强化烧结是指能使烧结温度是指能使烧结温度降低降低 增加烧结增加烧结速率速率 能 强化烧结体 能 强化烧结体性能性能 抑制晶粒生长抑制晶粒生长 的所有烧结过程 的所有烧结过程 2 1 活化剂扩散强化烧结活化剂扩散强化烧结 强化烧结的强化烧结的核心核心问题是强化原子的问题是强化原子的扩散过程扩散过程 扩散 过程的强化可以通过下列途径实现 扩散 过程的强化可以通过下列途径实现 提高烧结温度提高烧结温度 T D 但是 但是 这种方法受到炉子设 备能力的限制 这种方法受到炉子设 备能力的限制 另外使用过高的烧结温度往往也是 经济的 另外使用过高的烧结温度往往也是 经济的 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 添加烧结活化剂或烧结助剂添加烧结活化剂或烧结助剂 加烧结助剂进行烧结 是运用最广 最简便 被研究最广泛的强化烧结 过程 加烧结助剂进行烧结 是运用最广 最简便 被研究最广泛的强化烧结 过程 增加高扩散通道增加高扩散通道 高缺陷浓度或液相高缺陷浓度或液相 同时降低烧 结温度 同时降低烧 结温度 陶瓷烧结助剂通过抑制晶粒生长陶瓷烧结助剂通过抑制晶粒生长 达到对脆性陶瓷 起到增韧的作用 达到对脆性陶瓷 起到增韧的作用 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 活化剂活化剂 溶解度 烧结物为 溶解度 烧结物为B 活化剂为 活化剂为A 要产生活化剂作用时 要产生活化剂作用时 SB SA 1 即被烧结物质在添加剂中溶解 度 即被烧结物质在添加剂中溶解 度SB要大于添加剂在被烧结物 质中的溶解度 要大于添加剂在被烧结物 质中的溶解度SA 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 如果烧结温度低于共晶液相温度如果烧结温度低于共晶液相温度 称为固相活化烧 结 称为固相活化烧 结 如果烧结温度高于活化剂与基体金属共晶温度如果烧结温度高于活化剂与基体金属共晶温度 就是液相强化烧结 就是液相强化烧结 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 偏析 偏析 活化剂的偏析判据是指烧结活化剂熔化后活化剂的偏析判据是指烧结活化剂熔化后 应当 在烧结足够长的时间内偏聚在烧结颈处 为基体 原子的扩散提供一个高的扩散通道 应当 在烧结足够长的时间内偏聚在烧结颈处 为基体 原子的扩散提供一个高的扩散通道 从相图上看从相图上看 活化剂具有较陡下降的液相线和固 相线 活化剂具有较陡下降的液相线和固 相线 有助于活化剂在颗粒界面间偏聚 有助于活化剂在颗粒界面间偏聚 另外 如果添加剂原子半径小于基体原子半径另外 如果添加剂原子半径小于基体原子半径 界面偏析将被强化 界面偏析将被强化 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 扩散 假定活化剂满足溶解度判据和偏析判据扩散 假定活化剂满足溶解度判据和偏析判据 那 么其扩散判据将决定活化剂的有效性 那 么其扩散判据将决定活化剂的有效性 扩散判据要求扩散判据要求 基体原子在颗粒间界偏析层内的 扩散系数 基体原子在颗粒间界偏析层内的 扩散系数DE应当大于基体原子的自扩散系数应当大于基体原子的自扩散系数DB即即 DE DB l 如果如果 颗粒间界偏析层长时间地为液相颗粒间界偏析层长时间地为液相 而原子 在液相中的扩散系数显然要大于在固相中的自扩 散系数 而原子 在液相中的扩散系数显然要大于在固相中的自扩 散系数 则上式很容易满足的 则上式很容易满足的 活化剂应能够提供一个快速扩散通道 活化剂应能够提供一个快速扩散通道 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 1 2 难熔金属的低温活化烧 结 难熔金属的低温活化烧 结 烧结温度应达到熔点温度烧结温度应达到熔点温度 70 80 难熔金属的熔 很高 难熔金属的熔 很高 W 3377 Mo 2610C Ni对对W讲有强化烧结作用 甚至在 讲有强化烧结作用 甚至在900 的低温也具有 这样的作用 的低温也具有 这样的作用 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 1 3 陶瓷活化烧结陶瓷活化烧结 a 离子氧化物的点缺陷离子氧化物的点缺陷 通过适当途径增加氧化物的氧缺陷浓度 加快氧化 物体扩散速率 达到强化烧结过程 通过适当途径增加氧化物的氧缺陷浓度 加快氧化 物体扩散速率 达到强化烧结过程 不同价态离子的替换 形成相应的缺陷反应 不同价态离子的替换 形成相应的缺陷反应 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 b 晶粒生长的抑 制 晶粒生长的抑 制 颗粒尺寸与致密度 的 关 系 当 颗粒尺寸与致密度 的 关 系 当 Gmax G值越小值越小 即 晶粒尺寸越均匀 即 晶粒尺寸越均匀 可获得的烧结相 对密度越高 可获得的烧结相 对密度越高 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 MgO掺杂对掺杂对Al2O3晶粒的异常生长的影响晶粒的异常生长的影响 在在560min之前之前 两个试佯都表现了正常的晶粒生长 行为 两个试佯都表现了正常的晶粒生长 行为 烧结超过这个时间 掺 杂 烧结超过这个时间 掺 杂 MgO 的的 Al2O3试样试样 晶粒仍 然正常生长 晶粒仍 然正常生长 1800min之后之后 末掺 杂 末掺 杂 MgO 的 晶 粒 为的 晶 粒 为 2 0 8 m 而 掺 杂而 掺 杂 MgO的晶粒尺寸仅 为 的晶粒尺寸仅 为20 m 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 抑制原因抑制原因 1 离子偏聚离子偏聚 外来异价离子的引入 将改变晶体内原有的点缺陷 平衡状态和影响阳离子或阴离子的分布 在界面 上常会使杂质离子产生偏聚 外来异价离子的引入 将改变晶体内原有的点缺陷 平衡状态和影响阳离子或阴离子的分布 在界面 上常会使杂质离子产生偏聚 吸附于晶界的外来离子将在不同程度上影响晶界的 迁移性 吸附于晶界的外来离子将在不同程度上影响晶界的 迁移性 形成杂质对晶界的拖曳作用形成杂质对晶界的拖曳作用 阻止晶粒长 大 阻止晶粒长 大 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 液一固界面能的控制作用液一固界面能的控制作用 Al2O3 SiO2 TiO2 AST 作 为 烧 结 助 剂 时 对作 为 烧 结 助 剂 时 对 Sr0 2Ba0 8 TiO3陶瓷烧结的影响 陶瓷烧结的影响 AST液相量超过液相量超过0 5 摩 尔分数 摩 尔分数 时时 晶粒尺寸小 于 晶粒尺寸小 于l0 m 当液相量极少 时 当液相量极少 时 晶粒尺寸会超过晶粒尺寸会超过 50 m 作为正温度电阻 系数的 作为正温度电阻 系数的BaTiO3半导体陶 瓷 半导体陶 瓷 合适的晶粒尺寸应 在 合适的晶粒尺寸应 在l0 40 m之间 之间 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 如果存在着高能量的晶界如果存在着高能量的晶界 晶粒就有可能进一步长 大 晶粒就有可能进一步长 大 从而使晶界能降低 从而使晶界能降低 当当AST与与 Sr0 2Ba0 8 TiO3一起烧结时一起烧结时 达到二者的共 晶点 达到二者的共 晶点1260 左右 左右 就会有液相出现就会有液相出现 可能仅有几个 原子层厚的液相膜包围着晶粒 可能仅有几个 原子层厚的液相膜包围着晶粒 固固 液界面能明显低于固液界面能明显低于固 固界面能固界面能 因而高能的晶 变为低能的晶界 于是 因而高能的晶 变为低能的晶界 于是 晶粒长大的驱动力便大大 降低 晶粒长大的驱动力便大大 降低 液液 固界面能控制了晶粒的进一步长大 固界面能控制了晶粒的进一步长大 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 2 液相强化烧结液相强化烧结 液相烧结液相烧结 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 2 液相强化烧结液相强化烧结 广泛应用于制备航天 航空材料广泛应用于制备航天 航空材料 粉末粉末Ti合金合金 粉末 高温合金 粉末 高温合金 硬质合金硬质合金 WC Co 钢结硬质合金钢结硬质合金 电容器电容器 BaTiO3 LiF MgO SrTiO3 SiO2 金刚石工具金刚石工具 金刚石金刚石 金属金属 陶瓷刀具陶瓷刀具 Al2O3 Ni Mo Si3N4 Salon 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 液相烧结的条件液相烧结的条件 1 润湿性润湿性 保证颗粒与液相能紧密接触 发挥液相 的效能 保证颗粒与液相能紧密接触 发挥液相 的效能 2 溶解度 固相在液相中有一定溶解度 促进物 质的扩散和迁移 溶解度 固相在液相中有一定溶解度 促进物 质的扩散和迁移 3 液相数量 液相量占烧结体体积液相数量 液相量占烧结体体积20 50 为宜 保证被烧结体整体均匀烧结 为宜 保证被烧结体整体均匀烧结 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 液相烧结的过程液相烧结的过程 液相的生成与颗粒的重新排列阶段液相的生成与颗粒的重新排列阶段 随着液相流动 颗粒发生滑动 旋转 重排 致 密化 随着液相流动 颗粒发生滑动 旋转 重排 致 密化 在液相强化烧结中 重排占整个致密化相当的比 例 在液相强化烧结中 重排占整个致密化相当的比 例 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 固相的溶解固相的溶解 再沉淀阶段再沉淀阶段 液相烧结的第二阶段是溶解液相烧结的第二阶段是溶解 析出阶段 这是扩散 过程被强化的阶段 析出阶段 这是扩散 过程被强化的阶段 大颗粒的棱角 微凸及微细的颗粒溶解在液相大颗粒的棱角 微凸及微细的颗粒溶解在液相 当 固相在液相中的浓度超饱和之后 当 固相在液相中的浓度超饱和之后 在大颗粒表面重 新析出 在大颗粒表面重 新析出 颗粒的外形逐渐趋于球形 小颗粒逐渐缩小或消 失 大颗粒更加长大 颗粒的外形逐渐趋于球形 小颗粒逐渐缩小或消 失 大颗粒更加长大 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 固相骨架的形成阶段固相骨架的形成阶段 液相烧结的第三阶段是固相烧结阶段 与固相烧 结相似 在该阶段 扩散作用导致了固体颗粒之 间的接触长大 液相烧结的第三阶段是固相烧结阶段 与固相烧 结相似 在该阶段 扩散作用导致了固体颗粒之 间的接触长大 该阶段烧结时间的延长 会使烧结材料的性能降 低 可能是晶粒异常生长和孔洞粗化 该阶段烧结时间的延长 会使烧结材料的性能降 低 可能是晶粒异常生长和孔洞粗化 第二节 强化烧结第二节 强化烧结 2 2 液相强化烧结液相强化烧结 WC 常用的烧结助剂是常用的烧结助剂是Co Co对对WC完全湿润完全湿润 0 WC在在Co中部分溶解中部分溶解 烧结温度超过烧结温度超过WC与与Co的共晶温度 而液相在的共晶温度 而液相在 WC中不溶解 故保温阶段始终存在液相 中不溶解 故保温阶段始终存在液相 Co 3 25wt 烧结温度一般在 烧结温度一般在1350 1480 高于共晶点温度 高于共晶点温度 1340 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 第三节电弧等离子 烧结 第三节电弧等离子 烧结 SPS 在被烧结的物体 上 在被烧结的物体 上同时施加电场 和力场 同时施加电场 和力场 电弧等离子体是 指粉末颗粒间的 气体产生放电 并且产生热等离 子体 电弧等离子体是 指粉末颗粒间的 气体产生放电 并且产生热等离 子体 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 t RtiiVdtW 0 2 3 1 原理 原理 电场作用下的效应 电流通过粉末所产生热能 施加在粉末颗粒上的电能 电场作用下的效应 电流通过粉末所产生热能 施加在粉末颗粒上的电能 电功率电功率W V 式中式中 i 通过半球对的电流通过半球对的电流 V 加在半球对上的电压加在半球对上的电压 R 球对的电阻球对的电阻 t 通电的时间 通电的时间 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 R值 粉末颗粒间的接触电阻由两部分组成值 粉末颗粒间的接触电阻由两部分组成 集中电阻 集中电阻 R1 指当电流通道从 大断面流向极狭窄断面时 指当电流通道从 大断面流向极狭窄断面时 导体 内部出现的电位差造成的电阻 导体 内部出现的电位差造成的电阻 界面电阻 界面电阻 R2 包覆在粉末颗粒 表面的氧化物或吸附物等杂质引 起的电阻 包覆在粉末颗粒 表面的氧化物或吸附物等杂质引 起的电阻 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 它们与外界因素它们与外界因素 即压力即压力 关系可表示为 关系可表示为 K1 K2为常数 为常数 p 外界压力 外界压力 外界压力越小外界压力越小 接触电阻越大 电功率接触电阻越大 电功率W小 发热 小 小 发热 小 初期压力要低 随后逐渐的增加 以保证连通孔 逐渐和同时封闭 初期压力要低 随后逐渐的增加 以保证连通孔 逐渐和同时封闭 以利于排出气体的排除 以利于排出气体的排除 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 在粉末孔隙中电场作用 在粉末孔隙中电场作用 颗粒表面或多或少地会产生氧 化或杂质 颗粒表面或多或少地会产生氧 化或杂质 还吸附着气体 还吸附着气体 当颗粒上外加电压并击穿时 夹在颗粒间的气体便会电 离放电 成等离子体 当颗粒上外加电压并击穿时 夹在颗粒间的气体便会电 离放电 成等离子体 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 电场作用下综合效应 电场作用下综合效应 高效能急速加热作用 通电产生的大量焦耳热 电弧放电产生的热量 高效能急速加热作用 通电产生的大量焦耳热 电弧放电产生的热量 电场扩散作用 放电时产生的电场扩散作用能 大地加速原子扩散速度 电场扩散作用 放电时产生的电场扩散作用能 大地加速原子扩散速度 等离子体的作用 加速表面扩散等离子体的作用 加速表面扩散 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 放电等离子烧结的特点放电等离子烧结的特点 除具有热压烧结的特点除具有热压烧结的特点 瞬时烧结 相当短的时间内使被烧结身达到致密 瞬时烧结 相当短的时间内使被烧结身达到致密 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 3 2 应用应用 Al2O3陶瓷陶瓷 工艺条件 工艺条件 Al2O3 0 4 m 置于石墨模子中 升温速度 置于石墨模子中 升温速度600 min 不保温 不保温 3 min中内冷却 到 中内冷却 到600 以下 最高温度为 以下 最高温度为1350 1700 压力 压力 40MPa 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 实验结果 实验结果 1 密度随着烧结温度增加而增加 与无压烧结密度随着烧结温度增加而增加 与无压烧结 PLS 2小时小时 结果相比 在结果相比 在1550 以前 以前SPS的烧 结体密度明显高于 的烧 结体密度明显高于PLS 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 2 抗弯强度 在抗弯强度 在1400 1550 范围内 范围内 SPS的烧 结体强度最大 约 的烧 结体强度最大 约800 MPa 在 在1450 达到最大 值 达到最大 值860 MPa 相当于相当于PLS烧结体的二倍烧结体的二倍 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 实验结果分析 实验结果分析 一般认为陶瓷密度愈高 其强度也越高 一般认为陶瓷密度愈高 其强度也越高 1450 密度 密度 3 82 1700 3 98 可前者的强度是 后者的 可前者的强度是 后者的8倍 倍 1450 中晶粒尺寸大致与原料相当 中晶粒尺寸大致与原料相当 0 5 m 1550 大约为 大约为 5 m 在 在1650 为 为15 25 m 第三节 电弧等离子烧结第三节 电弧等离子烧结 梯度功能材料梯度功能材料 金属基氧化物梯度功能复合材料是一类既具有金 属的强度和韧性 又具有特别高的耐热性 金属基氧化物梯度功能复合材料是一类既具有金 属的强度和韧性 又具有特别高的耐热性 但是由于金属和氧化物烧结致密的温度差别很大 通过温度梯度炉进行烧结 但是由于金属和氧化物烧结致密的温度差别很大 通过温度梯度炉进行烧结 困难相当大 困难相当大 用用 SPS 可 制 备 出 了 致 密 的可 制 备 出 了 致