粉体工程实验三放电等离子烧结粉体

粉体工程实验三放电等离子烧结粉体来进展起来的一种新型的快速烧结技术。

由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体,因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒匀称、有利于掌握烧结体的微小结构、获得的材料致密度高、性能好等特点。

该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程,对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义,在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性,现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料的制备。

目前国内外很多高校和科研机构利用进行新材料的讨论与开发,并对其烧结机理与特点进行深化讨论与探究,尤其是其快速升温的特点,可作为制备纳米块体材料的有效手段,因而引起材料学界的特殊关注。

目前使用的系统主要是由3部分组成图1:①产生单轴向压力的装置和烧结模,压力装置可依据烧结材料的不同施加不同的压力;②脉冲电流发生器,用来产生等离子体对材料进行活化处理;③电阻加热设备。

与热压烧结有相像之处,但加热方式完全不同,它是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法,通过调整脉冲直流电的大小掌握升温速率和烧结温度。

整个烧结过程可在真空环境下进行,也可在爱护气氛中进行,烧结过程中,电流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具,因此加热系统的热容很小,升温柔传热速度快,从而使快速升温烧结成为可能。

系统可用于短时间、低温、高压500-1000烧结,也可用于低压20-30、高温1000-2000℃烧结,因此广泛应用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结,包括一些用通常方法难以烧结的材料,如表面简单生成硬的氧化层的金属钛和铝,用技术可在短时间内烧结到90%-100%致密。

的烧结有两个特别重要的步骤,首先由特别电源产生的直流脉冲电压,在粉体的空隙产生放电等离子,由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分,使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用,电能贮存在颗粒团的介电层中,介电层发生间歇式快速放电,如图4所示。

图2放电过程中粉末粒子对的模型等离子体的产生可以净化金属颗粒表面,提高烧结活性,降低金属原子的集中自由能,有助于加速原子的集中。

当脉冲电压达到肯定值时,粉体间的绝缘层被击穿而放电,使粉体颗粒产生自发热,进而使其高速升温。

粉体颗粒高速升温后,晶粒间结合处通过集中快速冷却,电场的作用因离子高速迁移而高速集中,通过重复施加开关电压,放电点在压实颗粒间移动而布满整个粉体,使脉冲集中在晶粒结合处是过程的一个特点。

颗粒之间放电时会产生局部高温,在颗粒表面引起蒸发和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量马上从发热中心传递到颗粒表面和向四周集中,颈部快速冷却而使蒸气压低于其他部位。

气相物质分散在颈部形成高于一般烧结方法的蒸发-凝固传递是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,体集中、晶界集中都得到加强,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。

等离子烧结的工艺流程如下:四、试验步骤1、用电子天平称取适当质量的-粉,放入模具中,热电偶放入模具测温孔;2、开总阀门→打开掌握电脑→开启掌握软件→模具加压,腔体抽真空;3、首先开启机械泵,缓慢打开阀门,防止喷油,等真空抽到接近10帕,打开罗茨泵抽真空至约10-1帕;4、设置升温曲线升温速度最大100℃,开启软件记录,执行加热。

5、加热停,等样品温度降直150摄氏度,关真空,首先关闭罗茨泵,然后关闭机械泵,冲气体进