第五章 烧结 现代粉末冶金技术知识 .pptVIP

目 录 发展概况 工艺原理 工艺特点 应用与举例 图为Cu粉的最大收缩位移时间(tmsd)与直流电的关系曲线 从图中可以看出，随着直流电流强度的增加，达到最大收缩位移所需的时间迅速减少 由Q=I2Rt可知，电流强度增加，在相同时间内产生的焦耳热也更多，升温速率相应加快，因而，达到最大收缩位移所需的时间减少 从图中还可以看出，在直流电流强度相同的情况下，施加脉冲电流的样品其达到最大收缩位移所需的时间比没有施加脉冲电流的样品要少 Ishiyama曾指出，采用脉冲电流烧结金属粉末颗粒有以下几个优点： 由于施加脉冲电流产生等离子，对金属粉末颗粒表面起到纯化和活化的作用 放电等离子产生的冲击压力 可以利用电场扩散 应用与举例 纳米材料的制备 由于SPS加热迅速、烧结时间短、能够有效抑制晶粒长大，同时又能够达到密度要求。因此，采用MA和SPS技术相结合，目前，已经制备出晶粒尺寸在200-600nm之间的Fe3Al金属间化合物[7]，平均晶粒尺寸为10-15nm的机械合金化Fe-Co粉末经SPS烧结后（60MPa，900℃，烧结5min），相对密度可以达到95％以上，同时晶粒度仍然保持在30nm左右 梯度功能材料(FGM) 组成为梯度分布的复合材料样品要在温度梯度炉内才能同时进行烧结，这用传统的烧结方法是很难实现的。 采用图所示的石墨梯度模，利用SPS直接施加脉冲电压的特点，在样品的两端形成温度梯度，从而使组成为梯度分布的样品一次同时烧结致密。目前，日本东北大学平井研究室利用SPS系统成功制备出致密的ZrO2(3Y)/Ni、ZrO2(3Y)/不锈钢、聚酰亚胺/Al等各种功能梯度材料。 高致密度、细晶粒陶瓷 采用SPS技术，T.Nishimura成功制备出晶粒度在200-300nm之间的?-Si3N4陶瓷（1550-1600℃，烧结时间5.5-6.0min），相对密度达到98％以上。目前，上海硅酸盐研究所采用该技术已成功制备出纳米3Y-TZP材料、SiC-Al2O3纳米复相陶瓷、Al2O3陶瓷、BaTiO3陶瓷、YAG等一系列陶瓷材料，取得了良好的效果 机械合金化(MA)粉末的烧结 Young Do Kim等人采用SPS方法，将机械合金化Fe-Co合金粉(平均晶粒尺寸10-15nm)装入石墨模具进行电火花烧结，烧结温度分别为700、800、900和1000℃，升温速率为100℃/min，达到预定温度后在60Mpa的压力下保温5min，整个烧结过程在真空中进行 实验结果表明，Fe-30at％Co合金化粉末在900℃烧结所得到的样品相对密度达到95％以上，而晶粒度仍然保持在30nm以下 图为Fe-30at％Co在不同温度下烧结所得到的样品的晶粒度和相对密度。 微波烧结 目录 微波与物质的相互作用理论 微波烧结工艺与机理 微波烧结材料 微波与物质作用机理 微波特性 电磁波谱中介于无线电波与红外线之间的波段，实际上是一种电磁波 波长1m~1mm;频率300MHz~300GHz 波长短、频率高的相干电磁波 穿透能力强 量子特性 微波加热与常规加热的区别 常规加热：依靠发热体将热量通过对流、传导或辐射等方式传递至被加热物体，使其由表及里达到一定温度； 微波加热：依靠物质吸收微波能转换成热能，自身整体同时升至一定温度 微波加热原理 材料对微波的吸收是通过与微波的电场或磁场耦合，将微波能转化为热能来实现的。 加热机理：材料在外加电磁场作用下内部介质的极化强度矢量滞后于电场的一个角度，从而产生与电场同相的电流，并构成材料内部的功率耗散；即利用介质损耗将电磁能转变成热能 导电材料，如金属、半导体、离子导体等 电场分量：在材料中产生电势差，从而使自由电子或离子运动产生欧姆热； 磁场分量：在导体中激发起涡电流，同样会产生欧姆热 微波加热原理 介电材料（如陶瓷） 晶格缺陷、晶界、位错或小颗粒材料表面等区域处产生空间束缚电荷；形成电偶极子，在电场作用下产生取向极化； 在多相材料中，在相界面上还会产生电荷堆积，从而产生界面极化； 在交变电场中，由于电矩运动需要一定时间，其极化响应会明显落后于迅速变化的外电场，导致极化驰豫。这种驰豫过程中微观粒子之间的能量交换，在宏观上就表现为能量损耗。 磁性材料 在居里温度以下，其固有磁矩在交变磁场作用下将产生磁滞、磁后效、磁共振等效应，从而产生能量耗散。 微波加热原理 电介质在电场中的极化 电子极化：电子云相对原子核发生位移 原子极化：原子、离子发生位移 偶极子转向极化：偶极矩沿外电场转向排列 界面极化：不同介质界面上产生的电荷 电子极化和原子极化在10-12~10-16 s;属于光频范围 偶极子转向极化在10-10 s以上，处于微波频率 交变电场中有耗介质的介电常数： ?* =?’-i?’’ ?’介电常数实部