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等离子体烧结技术的工作原理及应用领域
点击次数:1411 发布时间:2014-04-22

工作原理:

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 :

1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;

2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;

3ON- 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. WangL. 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。

应用领域: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和结构陶瓷和功能陶瓷等。  

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