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等離子體燒結的技術原理和應用領域。

時間:2014-05-04點擊次數:3794
 SPS燒結機理目前還沒有達成較為統一的認識,其燒結的中間過程還有待于
 
進一步研究。
目前一般認為:SPS過程除具有熱壓燒結的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促
 
進燒結過程外,還在粉末顆粒間產生直流脈沖電壓,并有效利用了粉體顆粒
 
間放電產生的自發熱作用,因而產生了一些SPS過程*的現象 。
SPS中施加直流開關脈沖電流的作用 :
*,由于脈沖放電產生的放電沖擊波以及電子、離子在電場中反方向的高
 
速流動,可使粉末吸附的氣體逸散,粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被
 
擊穿,使粉末得以凈化、活化;
第二,由于脈沖是瞬間、斷續、高頻率發生,在粉末顆粒未接觸部位產生的
 
放電熱,以及粉末顆粒接觸部位產生的焦耳熱,都大大促進了粉末顆粒原子
 
的擴散,其擴散系數比通常熱壓條件下的要大得多,從而達到粉末燒結的快
 
速化;
第三,ON- OFF快速脈沖的加入,使粉末內的放電部位及焦耳發熱部件,都
 
會快速移動,使粉末的燒結能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結合處是SPS過
 
程的一個特點。
SPS過程中,顆粒之間放電時,會瞬時產生高達幾千度至1萬度的局部高溫,
 
在顆粒表面引起蒸發和熔化,在顆粒接觸點形成頸部,由于熱量立即從發熱
 
中心傳遞到顆粒表面和向四周擴散,頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位
 
氣相物質凝聚在頸部形成高于普通燒結方法的蒸發-凝固傳遞是SPS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,體擴散、晶
 
界擴散都得到加強,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。SPS過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加
 
壓綜合作用的結果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對導電Cu粉和非導電
 
Al2O3粉進行SPS燒結研究,認為導電材料和非導電材料存在不同的燒結機理
 
,導電粉體中存在焦耳熱效應和脈沖放電效應,而非導電粉體的燒結,主要
 
源于模具的熱傳導。
放電等離子燒結的中間過程和現象十分復雜,許多科學家們對SPS的燒結過
 
程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等對SPS過程中的電流和溫度的分布進
 
行了模擬,認為溫度的分布和電流的分布緊密相關。
SPS設備為非常特殊的新型材料的制造提供了可能,諸如,
*可以再晶粒無顯著長大的狀態下燒結出納米材料,
*功能梯度材料
*復合材料
*碳化鎢或其他硬質材料
*結構陶瓷和功能陶瓷。
目前國內SPS設備良莠不齊,對于進行研究高校采用進口設備。目前國
 
際上有多家SPS設備生產商,主要集中在美國、歐洲和日本。
 
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