5 烧结方法简介.

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1 5 烧结方法简介

2 1.概述 液相烧结是有液相和固体颗粒共同存在的烧结，是指至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结。得到液相的方法基本上有两种：一种是使用具有不同化学性质的粉末混合料，该种混合料的液相来自低熔组元的熔化或者低熔共晶物的形成；另一种是将预合金化的粉末加热到固相线温度和液相线温度之间的温度，进行超固相线温度烧结。 液相烧结 热压烧结 放电等离子烧结

3 2.液相烧结的类型 持续液相烧结 瞬时液相烧结 反应液相烧结 施压液相烧结
瞬时液相烧结，即烧结后期液相消失的烧结。在瞬时液相烧结过程中，当压坯被加热到烧结温度时出现液相，但当压坯在烧结温度下保温时，由于相互扩散，液相就要消失。在加热到烧结温度期间，瞬时液相形成于混合组元之间。 对于持续液相烧结，压坯是在合金系统中的液相线和固相线之间进行烧结的。在整个的烧结期间均有液相的存在，其液相的毛细力为材料提供了总的致密化力。硬质合金和钨高密度合金的烧结属于该种类型。 反应液相烧结 施压液相烧结 反应液相烧结与瞬时液相烧结相类似。其主要特征有两个：一是粉末组无间反应而放出大量的热，二是粉末组无间反应而生成化合物。 所谓“施压液相烧结”，即除了大气压力以外还要额外施加一定的压力所进行的液相烧结。在液相烧结期间，对压坯施加一定的额外压力有助于其致密化和孔隙的消除。

4 3。液相烧结过程 a.混合粉末 c.固相的溶解-再沉淀阶段（固相扩散、晶粒长大和形状调整）。
b.液相形成与颗粒重新排列阶段（液相形成和铺展） c.固相的溶解-再沉淀阶段（固相扩散、晶粒长大和形状调整）。 d.固相骨架形成阶段（孔隙消除，晶粒长大和接触长大） a.混合粉末

5 4.液相烧结的应用 液相烧结在金属中的第一个应用是，古代的印加人以金为粘结剂，将金属铂的颗粒粘结成为固体，其机理就是在烧结温度下金被熔化成了液体从而进行了液相烧结。使用该工艺制造的物品表明，早在400年以前就应用了该种工艺。 20世纪30年代，钨高密度合金的发展为液相烧结提供了理论基础。钨高密度合金由钨、镍和铜的粉末混合料制备。由于钨高密度合金的高密度、高熔点、高强度、坚韧、耐磨和低的膨胀系数，已被广泛地用来制造陀螺仪转子、穿甲弹芯、放射屏蔽、配重、电触头、电极和机座等。 在近代，液相烧结的应用迅速扩大。包括电触头、工具钢、超合金、金刚石-金属复合材料、绝缘材料、难熔材料、磁性材料、汽车结构零件和高强陶瓷等。

6 1.概述 液相烧结 热压烧结通常是指物料在低于物相熔点的温度,在外力的作用下,排除气孔、缩小体积、提高强度和致密度、逐渐变成坚固整体的过程。烧结过程,即材料不断致密化的过程,是通过物质的不断传递和迁移来实现的。热压烧结致密化与原始粉体的组成、大小、形貌密切相关。 热压烧结 放电等离子烧结

7 2.热压烧结的特点 缺点 优点 过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。
由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。

8 3.热压烧结的过程 微流动阶段（初期）：在热压初期,颗粒相对滑移、破碎和塑性变形,类似常压烧结的颗粒重排,颗粒带动气孔以正常速度移动,气孔保持在晶界上并迅速汇集。 塑性流动阶段（中期）：在压力的作用下,晶粒塑性流动,晶粒表面的气孔迅速闭合,类似于常压烧结后期闭孔收缩阶段,该阶段致密化速率减慢。 扩散阶段（后期）：在该阶段晶粒快速生长,晶粒间发生体扩散,导致气孔消失,孔隙率下降,趋近终点密度。

9 4.热压烧结的应用 氧化铝 氮化硼 碳化硼 铁氧体

10 1.概述 液相烧结 放电等离子烧结又称等离子活化烧结或等离子辅助烧结，主要是利用外加脉冲强电流形成的电场清洁粉末颗粒表面氧化物和吸附的气体,净化材料,活化粉末表面,提高粉末表面的扩散能力,再在较低机械压力下利用强电流短时加热粉体进行烧结致密。 热压烧结 放电等离子烧结

11 2.放电等离子烧结的优点 1 2 3 烧结机理特殊,赋予材料新的结构与性能;
烧结温度低(比热压烧结HP和热等静压HIP低200—300℃)、烧结时间短(只需3一10分钟,而HP和HIP需要120一300分钟)、单件能耗低; 2 烧结机理特殊,赋予材料新的结构与性能; 3 烧结体密度高,晶粒细小,是一种近净成形技术。且操作简单,不像热等静压那样需要十分熟练的操作人员和特别的模套技术。

12 3.放电等离子烧结的机理 SPS作为一种新颖而有效的快速烧结技术,已应用于各种材料的研制和开发,但SPS的烧结机理目前还没有达成较为统一的认识。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,如图1一3所示。

13 4.放电等离子烧结应用 陶瓷材料 功能梯度材料 磁性材料
功能梯度材料的成分是呈梯度变化的,各层的烧结温度不同,利用传统的烧结方法很难一次烧结成形。而采用阶梯状的石墨模具,由于模具上下端的电流密度不同产生了轴向温度梯度,从而有利于梯度材料的烧结成形。 SPS烧结技术广泛用于各种氧化物、氮化物、硅化物等陶瓷材料的制备。高廉等人采用SPS制备出微提A120陶瓷材料,其抗弯强度800MPa,为常规烧结2h的氧化铝陶瓷的两倍; SPS技术由于具有烧结温度低、烧结时间短等工艺特点,而在制备磁性材料上有着独特优势。

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