放电等离子烧结技术制备熔融石英陶瓷

以熔融石英陶瓷粉体为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了熔融石英陶瓷材料。文章讨论了SPS方法制备熔融石英陶瓷材料的烧结行为和烧结机理,计算了熔融石英陶瓷的析晶温度并与实际测试结果进行了比较。结果表明:利用SPS方法,在短时间内其析晶温度在1150℃以上,且烧结温度为1150℃时,材料的致密度达到了99.7%,熔融石英的烧结是表层熔融烧结机制,烧结过程中压力对致密度的提高贡献很大。

采用超细粉体和放电等离子烧结技术制备透明β-磷酸三钙生物陶瓷的研究

应用化学沉淀法制备了粒径约100nm的β-磷酸三钙(β-TCP)超细粉体,并采用放电等离子烧结技术烧结β-TCP,在875℃的烧结温度、150℃／min的升温速率和40MPa的烧结压力下,保温2min,制备得到透明的β-TCP生物陶瓷．XRD、FESEM、密度和透光性能分析结果表明,制备得到的β-TCP生物陶瓷纯度高、结构致密、晶粒平均尺寸约250nm、具有良好的透光性能．细胞相容性研究的结果表明,透明β-TCP生物陶瓷对骨髓间质干细胞的增殖作用明显高于常规的通用聚乙烯培养板．

放电等离子烧结在金属-陶瓷复合材料制备中的应用

放电等离子烧结(SPS)是一种材料制备新技术。近年来,放电等离子烧结技术已成功用于制备金属 陶瓷复合材料,且在制备难熔化合物、纳米材料、梯度功能材料和开发新金属 陶瓷复合材料方面有其独特的优越性。综述了金属 陶瓷复合材料放电等离子烧结的最新研究进展,指出了放电等离子烧结金属 陶瓷材料的优缺点,并对今后的研究作了展望。

放电等离子烧结-热变形各向异性Nd-Fe-B磁体的微观组织及磁性能(英文)

采用放电等离子烧结及后续热变形技术制备各向异性Nd-Fe-B磁体,研究烧结温度对放电等离子烧结Nd-Fe-B磁体微观组织和磁性能的影响。随着烧结温度在650~900°C范围内的升高,烧结态Nd-Fe-B磁体的剩磁、内禀矫顽力及最大磁能积呈现先升后降的趋势。在800°C下烧结所获得磁体的磁性能最佳。随后,对800°C烧结后具有最佳磁性能的磁体采用放电等离子烧结技术进行后续热变形处理。与初始吸氢-歧化-脱氢-再复合粉末和烧结态磁体相比,热变形磁体拥有更显著的各向异性和更好的磁性能。当热变形温度为800°C且压缩比为50%时,热变形磁体中的Nd2Fe14B晶粒呈扁平片状且不发生异常长大;磁体沿热压方向具有最佳的磁性能：Br、Hcj和（BH）max分别为1.16 T、449 k A/m和178 k J/m3。

壳核式Al_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体的放电等离子烧结行为研究

ZrB2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,但是ZrB2难以烧结致密和在高温条件下容易被氧化。为了充分发挥ZrB2的优点,改善ZrB2的缺点,本文采用共沉淀法制备壳核式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体,通过放电等离子烧结法制备高致密的ZrB2-YAG陶瓷。在相同实验条件下得到的纯ZrB2陶瓷的相对密度都很低,在85%以下。通过此种方法加入少量YAG后,烧结密度得到明显提高,随YAG添加量的增加相对密度增加。添加量超过30wt%后,可以达到几乎完全致密的ZrB2-YAG陶瓷。

放电等离子烧结制备纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷

目的制备保持羟基磷灰石生物活性的新型纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷。方法湿球磨法制备羟基磷灰石与氧化锆复合粉体,复合陶瓷素坯制作后,放电等离子烧结制备新型纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷,X射线衍射分析及扫描电子显微镜观察复合陶瓷的晶相与超微结构。结果复合陶瓷经X射线衍射分析显示其中有羟基磷灰石相和四方相氧化锆,未发现其他物质以及其他相的氧化锆。扫描电镜下氧化锆相呈白色,羟基磷灰石相呈黑色;黑白区域间隔存在,呈现均匀散在分布,白色区域略多于黑色区域,未见明显孔隙存在。结论用放电等离子法制备得到的复合陶瓷均匀、致密,无明显气孔存在,无羟基磷灰石或氧化锆单一组分的团聚,提示两组分在烧结过程中未发生反应。

放电等离子烧结工艺对ZrB_2-YAG陶瓷力学性能的影响

ZrB2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,但是ZrB2难以烧结致密和在高温条件下容易被氧化。为了充分发挥ZrB2的优点,改善ZrB2的缺点,本文采用共沉淀法制备壳核式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体,通过放电等离子烧结法制备高致密的ZrB2-YAG陶瓷。研究结果表明:烧结温度由1300℃到1700℃时,陶瓷杨氏模量和断裂韧性都增大;在20MPa前,陶瓷杨氏模量和断裂韧性随着烧结压力增大而逐渐增大;在保温时间小于4min,陶瓷的杨氏模量和断裂韧性随着保温时间的延长而增大。

放电等离子烧结制备W-20%Cu复合材料的组织及性能研究

以水热合成-共还原工艺制备的W-20%Cu(质量分数)复合粉末为原料,用SPS技术成功制备了W-20%Cu复合材料,并对其显微组织和性能进行了分析研究。结果表明:随着烧结温度的升高和保温时间的延长,W、Cu两相微观结构组织分布更为均匀,孔隙也更少,W-20%Cu复合材料的致密度、硬度和电导率也相应提高;在烧结温度950℃、保温时间5min的工艺条件下,W-20%Cu复合材料的致密度、维氏硬度、电导率分别为98.9%、HV222.8、21.7 MS/m。

石墨烯-铝合金复合材料放电等离子烧结法制备及其性能研究

采用SPS放电等离子烧结法制备石墨烯-铝合金复合材料,研究石墨烯含量分别为0、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%和5wt%时,复合材料的显微硬度、摩擦系数和磨损率。结果表明,SPS放电等离子烧结法制备的复合材料组织较为致密,石墨烯分散均匀。随着石墨烯质量分数的增加,复合材料的硬度先增大后减小,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的硬度达到最大值,为144.9 HV。随着石墨烯含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损量先减小后增大,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的摩擦系数和磨损量达到最小值,分别为0.31和0.0037 mm3。

微量Hf掺杂对放电等离子体烧结钨耐热冲击性能的影响

在高纯W粉中添加不同含量的HfH2粉末,通过放电等离子烧结(SPS)将合金粉末制备成直径15 mm的W-(0、0.1 mass%、0.3 mass%、0.5 mass%、0.6 mass%、1.0 mass%)Hf合金样品,分析了Hf含量对烧结样品的微观组织、密度和维氏硬度的影响,并对烧结样品的耐热冲击性能进行了测试。结果表明:纯W在0.22 GW/m2的热负荷下即生成裂纹网,掺杂少量Hf(≤0.3 mass%)时引起W-Hf合金的硬度下降,Hf掺杂量在0.5 mass%及以上时有强化作用;Hf元素的加入可以明显改善纯钨的耐热冲击性能,Hf含量高于0.3 mass%时,W-Hf合金的裂纹阈值提高到了0.22~0.33 GW/m2,且在Hf含量为0.6 mass%时,在0.44 GW/m2的热负荷下W-Hf合金也只生成了少量的微裂纹。

高铌β-γ TiAl合金加Ti箔中间层的等离子烧结扩散连接行为

采用放电等离子烧结技术,以纯钛为中间层,对高铌β-γ TiAl合金(HNBG)进行扩散连接,对接头的显微组织演变、生长动力学和力学性能进行研究。接头包括三个扩散区,分别是Ⅰ区形成β/B2相,Ⅱ区形成α_(2)相,Ⅲ区形成β-Ti相和α-Ti相。β/B2相的厚度、α_(2)相的平均晶粒尺寸和β-Ti相的含量随着连接温度或时间的增加而增加。β/B2相和α_(2)相的生长活化能分别为582和253 kJ/mol。在1000℃,10 min,10 MPa下接头达到最大剪切强度308 MPa。断裂主要发生在扩散区I和HNBG合金之间以及扩散区I和扩散区Ⅱ之间的界面上。HNBG合金接头的断裂机制为沿着相界的脆性断裂。

α-Si_3N_4陶瓷的液相烧结及其介电性能

以MgO、Al2O3和SiO2作为烧结助剂,采用放电等离子烧结(SPS)方法制备密度可控的α-Si3N4陶瓷材料。讨论了SPS方法制备α-Si3N4陶瓷材料的烧结行为和烧结机理,以及烧结助剂添加量和烧结温度等影响因素与材料密度的关系。结果表明:当烧结温度为1400～1500℃,烧结助剂添加量为9%～28.5%(质量分数,下同)时,可以制备出密度可控,且密度变化范围为2.48～3.09g/cm3的α-Si3N4陶瓷材料,试样的主相为α-Si3N4,烧结机理为SPS低温液相烧结,材料在频率为1MHz时的介电常数为5～7.5,与密度关系密切。

烧结温度对铜-石墨复合材料性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备铜基石墨复合材料,研究不同烧结温度对铜-石墨复合材料的致密度、维氏硬度、电导率和载流摩擦磨损性能的影响。结果表明:在所制备的铜-石墨复合材料中,石墨均匀分布,铜与石墨界面结合紧密;随着烧结温度的升高,复合材料的致密度、维氏硬度和电导率均升高,但摩擦系数和磨损率均先减小后增大,其中烧结温度为780℃时,摩擦系数和磨损率同时达到最小值;同时,在设定的烧结温度范围内,载流效率和载流稳定性在很小的范围内波动。在设定工况下,载流摩擦损伤机理主要为磨粒磨损,烧结温度在780℃左右时摩擦损伤较轻,烧结温度超过780℃时所制备的材料,磨损时伴有严重电弧烧蚀现象。综合考虑,780℃为制备铜-石墨复合材料的最优烧结温度。

放电等离子烧结法制备石墨烯-铜铬锆合金的组织与性能

采用低能球磨和放电等离子烧结法制备了石墨烯(GNPs)增强铜基复合材料。研究了石墨烯含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料的力学性能呈现出先升高后降低的趋势。其中,当石墨烯含量为0.25%(质量分数)时,复合材料的极限抗压强度为409 MPa,合金的导电率高达90%IACS。石墨烯含量的增加导致其在铜基体中的团聚现象严重。此外,随着石墨烯含量的增加,合金的磨损率不断下降。石墨烯的加入显著改善了摩擦性能。屈服强度的增加是由于石墨烯在铜基体中的均匀分布。同时,载荷从铜基体转移到铬颗粒和石墨烯中,有效地阻碍了位错运动。

放电等离子体烧结制备钨-钒-铬合金及性能表征

利用机械球磨、放电等离子体烧结法制备了质量分数（％，下同）为W-（10~30）V-（10~30）Cr的三元合金，对烧结后的合金进行了显微结构和室温力学性能研究。结果表明，采用放电等离子体烧结可以制得相对密度为99．7％的W．30V-20Cr合金，其实际密度比烧结纯钨降低了49．74％；显微结构分析表明V、Cr可以很好地合金化，形成塑性连续相，包裹在钨分散相的周围，很好地改善了钨合金的力学性能，W-30V-20Cr的抗弯强度为437．13MPa，比烧结纯钨增加了25％，HV硬度为6154MPa；W-30V-20Cr合金具有较高的断裂韧性值，为15．51MPa·m1/2。

放电等离子烧结Ti_3SiC_2-金属复合材料摩擦学性能研究

利用粉末冶金/放电等离子烧结技术制备了添加Mo、Cu、Ag和Nb的Ti_3SiC_2基复合材料,并察了Ti_3SiC_2/Mo、Ti_3SiC_2/Cu、Ti_3SiC_2/Ag和Ti_3SiC_2/Nb复合材料的相态组成和摩擦学性能。研究表明,金属相的添加会造成Ti_3SiC_2基体不程度的分解,生成TiC、Si和钛硅化合物,其中Mo和Cu与Ti_3SiC_2中化学反应活性较高的Si生成Mo_5Si_3、(Ti_(0.8)Mo_(0.2))Si_2、MoSi_2和Cu3Si等,而Ag和Nb未发生反应,在复合物中以金属单质相存在;四种复合物的摩擦学性能均优于纯Ti_3SiC_2,其中Ti_3SiC_2/Ag和Ti_3SiC_2/Nb复合物的抗磨损性能较好;晶粒拔出脱落造成的磨粒磨损是纯Ti_3SiC_2及其复合材料的主要磨损机制,复合材料中TiC及金属硅化物等硬质相在摩擦过程中定扎了周围的Ti_3SiC_2软基体,抑制了摩擦过程中晶粒的拔出脱落,但多物相并存又使得复合物晶间结合强度降低,导致磨损率提高;复合物中金属单质Ag和Nb的存在起到了一定程度的晶间强化作用;材料转移也是造成复合物磨损率高的一个原因。

氧化石墨烯掺杂UO_(2)芯块制备工艺及性能研究

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂改性二氧化铀(UO_(2))芯块是高性能核燃料研究的重点方向之一。为实现GO在UO_(2)芯块中的均匀分布及掺杂量的有效控制,利用固-液混合法和重铀酸铵(Ammonium Diuranate,ADU)共沉淀法制备了不同GO掺杂量的UO_(2)粉末,研究了制粉方法及GO掺杂量对GO在UO_(2)中混合均匀性的影响。采用放电等离子烧结制备了不同GO掺杂量的UO_(2)-GO芯块,探索了不同烧结参数的影响,并对燃料芯块的性能进行测试。结果表明,固-液混合法制备的GO掺杂UO_(2)粉末混合均匀度更好;放电等离子烧结得到的UO_(2)-GO芯块密度最高可达97.6%T.D.;GO掺杂量为1.5 wt.%的芯块在1000℃下的热导率较常规UO_(2)芯块提高了85.9%;制备的UO_(2)-GO芯块晶粒尺寸较为均匀,GO均匀分布在晶界处并形成了桥联导热网络,有效提升了掺杂芯块的热导率。

纳米复合碳化钨-钴材料的磁性能研究

超细晶碳化钨-钴(WC-Co)硬质合金是当今具有高强度、高硬度最佳综合性能的材料.通过测定WC-Co材料的磁性能来控制其制备工艺具有重要的理论意义和实用价值.本工作用喷雾热解-流态化连续还原碳化法制备了WC-Co纳米复合粉末,用等离子放电烧结(SPS烧结)技术制备了超细晶硬质合金,测试了不同钴含量样品的碳含量、密度和磁滞回线,由此计算了化合碳含量、钴平均自由程和碳化钨平均晶粒度,并与实测数据进行了比较.

La_xSr_(1-x)TiO_3氧化物热电材料的制备与电传输性能

利用溶胶凝胶(sol-gel)法和放电等离子烧结(SPS)制备了单相的钙钛矿结构LaxSr1-xTiO3(0≤x≤0.15)块体材料,与传统的固相反应法相比,烧结温度大幅降低。在室温至679K的温度范围内测量了LaxSr1-xTiO3(0≤x≤0.15)的Seebeck系数和电导率,确定了最佳La掺杂量x=0.08。La0.08Sr0.92TiO3在679K时,最大功率因子PF=2.95μWm-1.K-2,随温度升高,PF增大趋势明显,表明在高温环境中可具有更大的PF。

n型填充方钴矿热电材料的快速制备研究（英文）

如何有效控制方钴矿基热电材料的制备成本成为其商业化应用的瓶颈。本课题组采用一种简单并且可放量的方法来制备n型填充方钴矿热电材料。该法由感应熔融淬、火和放电等离子烧结(SPS)组成,制备周期(少于30 min)远小于传统制备方法:电阻炉熔融(超过24 h),退火(1 w)和SPS。该法同传统制备工艺相当,制备的方钴矿块体材料具有相对均匀的物相成份和组织结构,以及良好的热电性能,这得益于将经历感应熔融、淬火冷凝工艺形成的Sb/CoSb/CoSb_2包晶偏析结构破坏,能同时实现快速反应和致密化。良好的热电性能和较少的生产周期及能耗,使该法有望发展成为具有潜在应用前景的填充方钴矿热电材料工业化制备工艺。