放电等离子烧结技术的原理及应用

放电等离子烧结(SPS)是一种用于材料烧结致密化的新技术,为深入研究和探讨其技术优势,介绍了SPS的基本原理和系统的组成,讨论了SPS技术在纳米材料的制备、梯度功能材料的烧结和高致密度、细晶粒陶瓷制备等方面的应用,并对其研究和应用前景予以展望.

放电等离子烧结技术制备Tb-Fe-Co/Ti复合梯度磁光靶材

采用放电等离子烧结技术制备了Tb Fe Co/Ti复合梯度磁光靶材。利用扫描电子显微镜和电子能谱对材料的显微组织形貌及化学成分进行了观察和分析。结果表明 ,这种Tb Fe Co/Ti复合梯度靶材具有宏观组织不均匀性和微观组织连续性的特征。各梯度层之间的原子扩散现象不明显。层间界面结合良好 ,不存在微裂纹 ,从而具有较好的力学性能。

放电等离子烧结技术与新材料研究

详细介绍了放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)技术的工艺特点、特殊的烧结机理以及设备发展概况。重点阐述了SPS新材料研究开发的国内外发展状况,包括剃度材料、综合性能优异的稀土永磁Nd-Fe-Co材料、热电能源转换材料 (CoSb3系列)、纳米WC-Co硬质材料等。最后展望了SPS新材料在中国的发展前景及应该采取的对策。

放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用

放电等离子烧结技术由于烧结速度快,烧结效率高,可以实现快速成型工艺,所以放电等离子烧结技术在工程领域中得到了广泛的应用。放电等离子烧结工艺可选择的材料种类比较广泛,适用面也比较广泛。放电等离子烧结技术广泛应用在材料科学与工程领域中。本文主要讲述放电等离子烧结技术的原理和工程应用,并讲述放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业教学实验中的研究和应用,并对放电等离子烧结技术的未来发展趋势进行分析和预测。本文作者认为应该在本科学生的教学实验中安排采用放电等离子烧结工艺制备复合材料的实验课程。

放电等离子烧结氮化铝透明陶瓷的研究

采用放电等离子烧结 (sparkplasmasintering ,SPS)技术烧结氮化铝 ,在不加任何添加剂的条件下 ,180 0℃ ,4～ 2 0min烧结制备了透明的氮化铝陶瓷。XRD ,SEM ,EPMA和TEM等测试结果表明 ,制备出的氮化铝陶瓷纯度较高、晶粒细小、结构均匀 ,具有良好的透光性能 ,充分说明SPS技术可应用于透明陶瓷的制备。与此同时 ,测试结果显示 ,AlN陶瓷中还含有少量的缺陷 ,包括位错、层错、气孔、第二相包裹体 。

放电等离子烧结制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料

采用TiB_2和Ti_3AlC_2微粉为原料,利用放电等离子烧结技术制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料,研究了Ti_3AlC_2含量对TiB_2陶瓷的致密度、物相微观结构以及力学性能的影响。结果发现在压力30MPa、1400℃条件下,添加钛铝碳含量为20~30wt%时制得的陶瓷复合材料含有较多的孔洞,且主要分布在TiB_2颗粒间,样品密度偏低,硬度低于570HV。当添加的Ti_3AlC_2量为40wt%时,样品的微观结构中孔洞数量降低且孔径变小,硬度高达1040HV。提高60TiB_2烧结温度至1600℃,物相TiB_2沿晶面(001)发生较明显的取向,样品60TiB_2的微观结构中孔洞消失或存在量极少,致密度高达4.393g/cm^3,硬度高达2400HV。

放电等离子烧结超快速合成MgAlON尖晶石的研究

本文以MgO、AlN及Al2O3为原料,研究了采用放电等离子烧结技术合成MgAlON尖晶石的机理。并成功地实现了MgAlON陶瓷的超快速制备。研究结果表明,MgAlON的合成机理为:在1200℃以前,MgO和Al2O3首先反应形成尖晶石,该尖晶石是一中间体。随着烧结温度的升高(1300℃以上),AlN开始向中间体中固溶形成MgAlON。研究表明,采用放电等离子烧结技术,在1600℃保温5min及在1700℃保温1min的条件下即可获得致密的单相MgAlON陶瓷。

放电等离子烧结制备纳米Ni块体材料

采用自悬浮定向流法制备纳米Ni粉体,利用放电等离子烧结技术制备出了直径10 mm、厚2mm,致密度为96.8%,显微硬度为4.17 GPa的纳米块体材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计分析了烧结块体样品的相组成、晶粒尺寸、微观形貌和显微硬度。研究表明:随烧结温度的升高,块体样品的致密度和晶粒尺寸增大,当烧结温度为650℃时,致密度最高,晶粒尺寸为44.8 nm;显微硬度随烧结温度的增高先增大后减小,当烧结温度为550℃时,显微硬度最大为4.33 GPa;较高烧结温度下,断口微观形貌的纳米级韧窝出现,显示了韧性断裂的特征。

放电等离子烧结温度对热压/热变形NdFeB纳米晶永磁体磁性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备了热压/热变形NdFeB磁体。研究了不同烧结温度对热压磁体、热变形磁体微观结构及磁性能的影响。结果表明,随烧结温度的升高,磁体密度上升,680℃时已达理论密度的99.7%;另一方面,晶粒则随温度的增加发生长大。剩磁和最大磁能积受密度和晶粒大小的交互作用,在650℃时达最大:(BH)m=129kJ/m3,Br=0.87T,Hci=914kA/m。热变形后,磁体主相晶粒的c轴逐渐转向与压力平行的方向,形成磁晶各向异性,使磁体的剩磁和最大磁能积大幅增加。热压烧结温度对热变形磁体的磁性能有着极大影响,其剩磁和最大磁能积随热压温度的升高先升高后降低,620℃热压后,热变形磁体磁性能达最大:(BH)m=339kJ/m3,Br=1.49T,Hci=576kA/m。

放电等离子烧结制备块体非晶合金研究进展

非晶合金又称“金属玻璃”,是由于超快速冷却凝固导致无法有序排列结晶,从而得到的一种长程无序结构。这种非晶合金与存在晶界和位错的普通合金相比,具有更加优异的力学及物化性能。由于粉末状或条状非晶合金在尺寸和性能等方面的限制,因而大尺寸、优异力学性能及软磁性能卓越的块体非晶合金的制备受到了大量关注与探究。放电等离子烧结技术以温度低、效率高、时间短及冷却速率快等优点,被认为是一种具有广阔发展前景的制备方法。对Fe基、Zr基、Al基及Ti基本身的特点,以及通过放电等离子烧结技术制备不同体系块体非晶合金的物理及化学性能的研究进行了较为全面的综述。概述了放电等离子烧结技术的原理及在制备块体非晶合金方面的优势;分析了放电等离子烧结技术和制备的块体非晶合金材料存在的问题,以及采用该技术制备块体非晶合金的发展前景。重点介绍了在采用该制备不同体系的块体非晶合金时,如何通过改变放电等离子烧结参数,或通过再加工、本身粉末添加元素等方法获得大尺寸、优异性能的块体非晶合金。

基于大气等离子体烧结技术的硅晶圆加工废料回收工艺研究

目前的硅晶圆加工过程中通常会对直拉法制成的单晶硅棒进行线切割操作,从而得到单晶硅圆薄片,但该过程会造成较大的单晶硅材料浪费.因此,寻求各种方法回收晶体硅切割废料成为一个重要课题.本文根据加工样本与加工仪器的特性,探究了利用放电等离子体烧结技术加工回收单晶硅粉末技术的可能性,并基于这些成果调节工艺参数进行了烧结实验.通过表征观察烧结成品的表面形貌与元素组成后,可观察到其含有氧化膜与其他杂质,且该成品具有在经过优化实验步骤与进一步处理后可回收的潜力.

SPS烧结(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的微观结构及性能

尖晶石透明陶瓷是一种应用广泛的透明材料。通过放电等离子烧结技术制备了(Mg_(1-x)Zn_(x))Al_(2)O_(4)透明陶瓷,研究了Zn^(2+)含量对其微观结构、致密化、透光率及硬度的影响。在(Mg_(1-x)Zn_(x))Al_(2)O_(4)透明陶瓷中,随着Zn^(2+)含量的增加,陶瓷的致密度变化并不明显,在x=0.8时致密度约为99.31%;Zn^(2+)对陶瓷的光学透过率有显著的提升作用,在x=0.8时,陶瓷在620~6220 nm波长范围内透过率均优于80%,且陶瓷的红外起始衰减波长发生红移;(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的硬度整体优于MgAl_(2)O_(4),在x=0.8时,硬度达到(13.53±0.24)GPa,比MgAl_(2)O_(4)提高了约9%;(Mg,Zn)Al_(2)O_(4)透明陶瓷的断裂韧性随Zn^(2+)离子的增加逐渐降低。Zn^(2+)离子的加入能提高MgAl_(2)O_(4)尖晶石透明陶瓷透过率与硬度。

钛合金/不锈钢复合板的放电等离子烧结技术制备及其性能

用放电等离子烧结技术(SPS)制备钛合金/不锈钢复合板,模拟计算连接界面处的电流密度场、温度场和应力场并分析了复合材料的微观组织、界面微纳力学行为和拉伸性能。结果表明:在高能脉冲电流的作用下发生短时尖端放电使连接界面处的温度瞬间升高,连接界面相对平直并发生了明显的Ti、Fe、Cr原子扩散,在界面处生成了少量的TiFe、TiFe_(2)和FeCr等金属间化合物。结合界面处金属间化合物的硬度达到3.557 GPa,远高于两侧金属基体(钛合金2.943 GPa,不锈钢2.717 GPa)的硬度。钛合金/不锈钢复合板的拉伸强度可达385.7 MPa,分别为钛合金母材和不锈钢母材的72%和80%。在拉伸过程中,不锈钢板解理断裂后钛合金板承载直至发生典型的韧性断裂。

电磁场作用下的粉末成形固结技术研究进展

外加电场或磁场作用下粉末成形固结技术是快速制备高性能材料的新途径,应用前景广阔。重点综述了外加电场作用下放电等离子烧结技术和外加磁场作用下动磁压制技术的原理、特点及应用情况,并展望了今后粉末成形固结技术的研究方向。

粉末冶金高致密化成形技术的新进展

本文针对粉末冶金行业近十年来出现的提高制品致密化的新途径新方法, 简要介绍了其中的温压技术,流动温压技术、模壁润滑技术、高速压制技术、动力磁性压制技术、爆炸压制技术、放电等离子烧结技术的原理、特点、发展和应用情况。指出发展粉末冶金高效高致密化成形技术是粉末冶金的发展方向和研究重点, 产品致密化程度的提高将大大促进性能的改进。粉末冶金新技术、新工艺、新材料的不断出现, 必将促进高技术产业的快速发展, 也必将带给材料工程和制造技术以光明的前景。

硅基氧化物发光玻璃及其制备技术研究进展

由于具有高透过率、优异的化学稳定性和易于机械加工等优势,硅基氧化物玻璃是一种理想的基质材料。通过引入不同的发光组分,获得不同光学性能的光功能玻璃被广泛应用于多个领域。然而,这些发光组分在玻璃制备过程中易挥发、分解,稳定性较低,所以功能发光玻璃的制备技术仍面临着新的挑战。本文综述了掺杂铋离子、量子点及荧光粉硅基发光玻璃的发展现状及其制备技术。通过比较高温熔融法、溶胶–凝胶法、固相烧结法及放电等离子体烧结技术(简称SPS)的优缺点,本文着重介绍了SPS技术应用于发光玻璃制备的研究进展及优势,并对这种新制备技术的发展趋势进行了评述和展望。

超细碳化钨的无黏结相固结技术研究

利用放电等离子烧结技术尝试烧结出了超细纯碳化钨粉。研究表明该技术所烧结的无黏结相超细碳化钨材料工艺简单,组织精细,致密度高,硬度高,可以用作优异的硬质材料。

致密烧结Ti/Al_2O_3复合材料

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出相对密度、断裂韧性、弯曲强度分别为99.74%、19.73±0.4MPa·m1/2、1002±12MPa的40vol%Ti/Al2O3复合材料。SEM对复合材料表面形貌观察发现,Ti、Al2O3两相分布均匀,表面无明显气孔存在;断口的SEM和EDS表明,复合材料已形成网络导电结构;复合材料的HREM微观结构分析表明,Al2O3三角晶界处无其它杂质的偏聚,小颗粒的金属Ti富集在Al2O3的三角晶界结合处,界面结合紧密。

SPS烧结钛固溶体致密陶瓷TiOxCyNz的研究

以TiO、TiC和TiN的商业粉末为原料,采用放电等离子烧结技术(SPS)在1 600℃制备致密的钛固溶体Ti3OCN,系统研究了不同烧结方式下(包括SPS、传统烧结(CS)和它们的组合)烧结Ti3OCN的致密化过程和性能变化。结果表明,制备的Ti3OCN具有面心立方结构,其形成机理是O、N元素进入TiC。在SPS之后进行的CS过程可以小范围地增加钛固溶体的密度和电导率,但会降低其机械性能。