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等离子体烧结的技术原理和应用领域。
发布时间:2014-05-04 点击量:1856
 SPS烧结机理目前还没有达成较为统一的认识,其烧结的中间过程还有待于
 
进一步研究。
目前一般认为:SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促
 
进烧结过程外,还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压,并有效利用了粉体颗粒
 
间放电产生的自发热作用,因而产生了一些SPS过程特有的现象 。
SPS中施加直流开关脉冲电流的作用 :
*,由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高
 
速流动,可使粉末吸附的气体逸散,粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被
 
击穿,使粉末得以净化、活化;
第二,由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生,在粉末颗粒未接触部位产生的
 
放电热,以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热,都大大促进了粉末颗粒原子
 
的扩散,其扩散系数比通常热压条件下的要大得多,从而达到粉末烧结的快
 
速化;
第三,ON- OFF快速脉冲的加入,使粉末内的放电部位及焦耳发热部件,都
 
会快速移动,使粉末的烧结能够均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过
 
程的一个特点。
SPS过程中,颗粒之间放电时,会瞬时产生高达几千度至1万度的局部高温,
 
在颗粒表面引起蒸发和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量立即从发热
 
中心传递到颗粒表面和向四周扩散,颈部快速冷却而使蒸汽压低于其他部位
 
气相物质凝聚在颈部形成高于普通烧结方法的蒸发-凝固传递是SPS过程的另
 
一个重要特点。 晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、晶
 
界扩散都得到加强,加速了烧结致密化过程,因此用较低的温度和比较短的
 
时间可得到高质量的烧结体。SPS过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加
 
压综合作用的结果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分别对导电Cu粉和非导电
 
Al2O3粉进行SPS烧结研究,认为导电材料和非导电材料存在不同的烧结机理
 
,导电粉体中存在焦耳热效应和脉冲放电效应,而非导电粉体的烧结,主要
 
源于模具的热传导。
放电等离子烧结的中间过程和现象十分复杂,许多科学家们对SPS的烧结过
 
程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等对SPS过程中的电流和温度的分布进
 
行了模拟,认为温度的分布和电流的分布紧密相关。
SPS设备为非常特殊的新型材料的制造提供了可能,诸如,
*可以再晶粒无显著长大的状态下烧结出纳米材料,
*功能梯度材料
*复合材料
*碳化钨或其他硬质材料
*结构陶瓷和功能陶瓷。
目前国内SPS设备良莠不齐,对于进行研究高校采用进口设备。目前国
 
际上有多家SPS设备生产商,主要集中在美国、欧洲和日本。
 
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