粉體工程實驗三放電等離子燒結粉體來進展起來的一種新型的快速燒結技術。

由于等離子活化燒結技術融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體,因而具有升溫速度快、燒結時間短、晶粒勻稱、有利于掌握燒結體的微小結構、獲得的材料致密度高、性能好等特點。

該技術利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產生的瞬時高溫場來實現(xiàn)燒結過程,對于實現(xiàn)優(yōu)質高效、低耗低成本的材料制備具有重要意義,在納米材料、復合材料等的制備中顯示了極大的優(yōu)越性,現(xiàn)已應用于金屬、陶瓷、復合材料以及功能材料的制備。

目前國內外很多高校和科研機構利用進行新材料的討論與開發(fā),并對其燒結機理與特點進行深化討論與探究,尤其是其快速升溫的特點,可作為制備納米塊體材料的有效手段,因而引起材料學界的特殊關注。

目前使用的系統(tǒng)主要是由3部分組成圖1:①產生單軸向壓力的裝置和燒結模,壓力裝置可依據燒結材料的不同施加不同的壓力;②脈沖電流發(fā)生器,用來產生等離子體對材料進行活化處理;③電阻加熱設備。

與熱壓燒結有相像之處,但加熱方式完全不同,它是利用直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結方法,通過調整脈沖直流電的大小掌握升溫速率和燒結溫度。

整個燒結過程可在真空環(huán)境下進行,也可在愛護氣氛中進行,燒結過程中,電流直接通過上下壓頭和燒結粉體或石墨模具,因此加熱系統(tǒng)的熱容很小,升溫柔傳熱速度快,從而使快速升溫燒結成為可能。

系統(tǒng)可用于短時間、低溫、高壓500-1000燒結,也可用于低壓20-30、高溫1000-2000℃燒結,因此廣泛應用于金屬、陶瓷和各種復合材料的燒結,包括一些用通常方法難以燒結的材料,如表面簡單生成硬的氧化層的金屬鈦和鋁,用技術可在短時間內燒結到90%-100%致密。

的燒結有兩個特別重要的步驟,首先由特別電源產生的直流脈沖電壓,在粉體的空隙產生放電等離子,由放電產生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分,使物質產生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用,電能貯存在顆粒團的介電層中,介電層發(fā)生間歇式快速放電,如圖4所示。

圖2放電過程中粉末粒子對的模型等離子體的產生可以凈化金屬顆粒表面,提高燒結活性,降低金屬原子的集中自由能,有助于加速原子的集中。

當脈沖電壓達到肯定值時,粉體間的絕緣層被擊穿而放電,使粉體顆粒產生自發(fā)熱,進而使其高速升溫。

粉體顆粒高速升溫后,晶粒間結合處通過集中快速冷卻,電場的作用因離子高速遷移而高速集中,通過重復施加開關電壓,放電點在壓實顆粒間移動而布滿整個粉體,使脈沖集中在晶粒結合處是過程的一個特點。

顆粒之間放電時會產生局部高溫,在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化,在顆粒接觸點形成頸部,由于熱量馬上從發(fā)熱中心傳遞到顆粒表面和向四周集中,頸部快速冷卻而使蒸氣壓低于其他部位。

氣相物質分散在頸部形成高于一般燒結方法的蒸發(fā)-凝固傳遞是過程的另一個重要特點。

晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用,體集中、晶界集中都得到加強,加速了燒結致密化過程,因此用較低的溫度和比較短的時間可得到高質量的燒結體。

等離子燒結的工藝流程如下:四、試驗步驟1、用電子天平稱取適當質量的-粉,放入模具中,熱電偶放入模具測溫孔;2、開總閥門→打開掌握電腦→開啟掌握軟件→模具加壓,腔體抽真空;3、首先開啟機械泵,緩慢打開閥門,防止噴油,等真空抽到接近10帕,打開羅茨泵抽真空至約10-1帕;4、設置升溫曲線升溫速度最大100℃,開啟軟件記錄,執(zhí)行加熱。

5、加熱停,等樣品溫度降直150攝氏度,關真空,首先關閉羅茨泵,然后關閉機械泵,沖氣體進