場活化燒結技術

   時間:2014-03-12 11:10:42
場活化燒結技術簡介
場活化燒結是利用外場的活化作用實現低溫快速燒結緻密化的一種燒結技術。20世紀80年代以來,脈衝放電對粉體燒結的有效作用得到的廣泛的關注,一系列的場活化燒……
場活化燒結技術正文

場活化燒結是利用外場的活化作用實現低溫快速燒結緻密化的一種燒結技術。20世紀80年代以來,脈衝放電對粉體燒結的有效作用得到的廣泛的關注,一系列的場活化燒結設備相繼開發出來並得到應用。如:日本開發了脈衝放電固結設備(pulseelectrodischargeconsolidation)、電火花/等離子燒結設備(spark/plasmasintering)或稱等離子活化燒結設備(plasmaactivatedsintering),韓國開發了電阻/電火花加壓燒結設備(resistancesparksinteringunderpressure),俄羅斯研製了脈衝放電加壓燒結設備(pulseelectricaldischargeunderpressureapplication),美國開發了高能高速工藝和設備(high-energehigh-rateprocessing,簡稱HEHR工藝),巴西開發了等離子燒結設備(plasmasintering)。到門前為止,對場活化燒結的機理還不是十分清楚,但一般認為是外場可以清除粉末表面的氧化膜和雜質,促進燒結頸的形成。日本第三代電火花/等離子燒結機(SPS)的開發成功極大地推進了該技術作為一種先進的粉末冶金技術的工業化應用。圖10-27顯示了電火花/等離子燒結機的工作原理和一般的工藝過程。第三代電火花/等離子燒結機使用的是低電壓(約30V)、大脈衝電流(最大電流2000~20000A,脈衝時間一般為1~300ms)和單向壓制的設計。一般情況下是在燒結的初始階段施加一個脈衝電流,使粉末顆粒間產生電火花或等離子弧,在電火花和等離子弧的作用下,粉末表面的氧化膜和雜質被清除,粉末顆粒直接接觸併發生燒結形成燒結頸,接著同時施以大電流和一定的壓力,使粉體緻密化。大電流直接通過粉體或模具產生焦耳熱,因此加熱速率很快,一般僅為幾分鐘。因此與傳統燒結方法相比可以在較低的溫度下或較短的時間內獲得高的燒結密度,可以減少燒結過程對粉末微觀組觀的影響,這對於燒結細晶材料、納米材料、非晶合金等非平衡材料和易氧化材料是非常重要的。此外,場活化燒結技術可以直接應用於松裝粉末,不需要像其他傳統粉末冶金成形技術那樣添加任何黏結劑或潤滑劑,因此,可以消除由黏結劑或潤滑劑所帶來的臟化,對於生產純度要求高或者很難冷壓預成形的粉術材料非常有利。

場活化燒結技術在日本已應用於工業化生產軟磁和硬磁材料以及切削工具例如,採用等離子活化燒結設備生產高頻電力使用的Mn-Zn鐵氧體,先通以60s的脈衝電流,然後同時施加2000A的加熱電流和49MPa的壓力。獲得的產品的密度達到99%,晶粒度只有1m,而傳統燒結工藝得到的產品的晶粒度為9m。正是由於晶粒度的減小,高頻磁芯的損耗從1800kW/m3,降低到了720kW/m3。Nd-Fe-Co-B磁體也是用等離子活化燒結技術生產的。場活化燒結技術應用的實驗室研究很多,從金屬、金屬間化合物到陶瓷和複合材料都有報道。採用場活化燒結技術燒結沒有添加助燒劑的AIN陶瓷,在1727℃燒結5min,其密度可以達到3.18~3.24g/cm3(相當密度為97.5%~99.3%),而傳統燒結技術在1927℃燒結30h,其密度只有95%,即使添加助燒劑后,採用傳統技術在1800~1927℃燒結3~4h,其密度也只有97%~98%。此外,場活化燒結技術在化合物的同步合成/固結、梯度材料製備、金屬與陶瓷的擴散焊接等方面的應用也顯示出了良好的前景。

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