脉冲电流烧结机理的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术，已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备．本文简介脉冲电流烧结特征，结合ＰＥＣＳ烧结条件对铜粉末和氧化铝粉体致密化及显微结构影响的实验证据，就脉冲电流烧结过程和机理进行探讨．

脉冲电流快速烧结纳米铜焊膏连接铜镍基板研究

利用液相法合成均径为57.5 nm的纳米铜颗粒,并对纳米铜颗粒进行系统的表征,包括有扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)以及热重分析(Thermal gravity analysis,TGA)和差热分析(Differential thermal analysis,DTA),并利用超声手段将纳米铜颗粒均匀分散在水溶液中,从而得到了纳米铜焊膏。采取模板印刷的方法制备镍/纳米铜焊膏/铜的三明治结构,并研究不同脉冲电流烧结工艺下的三明治结构的剪切强度、截面微结构以及断口微结构特征。试验结果表明三明治结构的剪切强度随着电流的增加而增大,在电流为0.8 k A时,剪切强度可达到46.3 MPa,脉冲电流烧结纳米铜焊膏连接铜和镍基板在短时间(小于200 ms)内快速获得了高致密度、性能优良的焊点结构,同时纳米铜颗粒之间以及纳米铜颗粒与微米级的铜基板和镍基板之间实现了牢固的冶金连接。通过分析经脉冲电流烧结后得到的纳米铜焊膏内部的显微组织特征,提出了脉冲电流烧结纳米铜焊膏的烧结机理。

脉冲频率对铁基粉末脉冲电流烧结过程的影响

采用脉冲频率为0、50和100 Hz的电流对高能球磨铁基粉末进行脉冲电流烧结,并研究脉冲频率对粉末的致密化行为、烧结材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明,通电烧结初期脉冲电流烧结样品的密度和硬度均高于直流电流烧结的试样,但通电烧结后期使用脉冲电流与直流电流所烧结样品的密度和硬度差别不大;相同烧结温度下不同脉冲频率烧结试样的横向断裂强度的相对大小为5σ0 Hz>1σ00 Hz>0σHz;当烧结温度为1 100℃时,不同脉冲频率下所获得的烧结材料的显微组织没有显著差别。

脉冲电流烧结的现状与展望

脉冲电流烧结 (PulseElectricCurrentSintering ,PECS)技术是近十年发展起来的一种新型特殊的快速烧结技术。它具有升温速度快、烧结时间短、有利于控制烧结体的细微结构等特点。近几年来在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性 ,得到了材料学界和产业界的瞩目。本文介绍了脉冲电流烧结的特征和研究现状 。

脉冲电流辅助烧结和真空热压烧结对NiAl-Al_2O_3微观组织和力学性能的影响

通过机械合金化合成了NiAl-Al2O3复合材料粉末,并分别采用脉冲电流辅助烧结(PCAS)和真空热压烧结(HPS)制备了NiAl-Al2O3复合材料。测试了两组材料的力学性能,并从烧结机理的角度分析了烧结方法对材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:与HPS方法相比,通过PCAS方法制备的材料致密度更高,晶粒更为细小,且Al2O3颗粒明显球化。相较于HPS方法制备的材料,PCAS方法制备的材料在室温下和高温下都表现出更高的屈服强度,并且其断裂韧性增高,室温压缩变形量明显增大。

脉冲电流烧结技术的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术，已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超时体、复合材料、热电材料、离电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备；检验结果，对脉冲电流烧结非导电性粉体的烧结过程和机理，提出自己的观点。

脉冲电流烧结技术在纳米材料烧结中的应用

脉冲电流烧结技术是纳米材料烧结领域中的一种新技术。综合介绍了脉冲电流烧结技术的发展概况、原理、特点及纳米材料烧结中的应用。通过比较脉冲电流烧结技术与其他纳米材料烧结技术的异同点,认为脉冲电流烧结技术是一种极具广泛应用前景的新技术。

脉冲电流烧结机理研究

脉冲电流烧结(Pulse electric current sintering,PECS)是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术,已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备.本文在介绍脉冲电流烧结装置与研究进展的基础上,研究PECS烧结条件对氧化铝粉末致密化及显微结构的影响,以探讨脉冲电流烧结机理.

脉冲电流烧结Al_2O_3颗粒的广义热弹性分析

脉冲电流烧结过程的颈部形成机理,特别是非导电粉末材料,是需要着重研究的核心问题。以非导电Al_2O_3粉末为研究对象,引入L-S(Lord and Shulman)型广义热弹性方程,初步探究烧结初期非导电粉末颈部局部高温形成以及快速烧结机理。利用Comsol Multiphysics模拟得到脉冲电流烧结过程中颗粒内部的温度场和应力场分布以及烧结颈部的化学势和空位浓度变化规律。数值结果表明,热以波的形式在烧结颈部产生叠加,形成局部高温。化学势变化表明:烧结初期表面扩散占主要作用,空位浓度差的突变使烧结颈部产生局部空位浓度梯度,促进烧结颈长过程,缩短烧结时间。

热力耦合作用下脉冲电流烧结初期驱动力研究

采用L–S型广义热弹性理论,建立了氧化铝粉末非等径三颗粒模型,探究脉冲电流烧结过程的热力耦合传播规律和烧结驱动力。结果表明,三颗粒系统中小颗粒的温度明显高于大颗粒,在颈部形成高温度梯度,由温度梯度形成的热扩散通量与空位扩散通量共同为脉冲电流烧结初期颈部物质迁移提供驱动力;随着烧结过程的进行,热扩散对烧结驱动力的影响越大;三颗粒系统的计算值小于两颗粒系统,这是由于两颗粒系统产生的热耗散较小。

脉冲电流烧结AlOOH的非均匀性

采用相变方法系统研究了脉冲电流烧结AlOOH样品不同截面处相的状态.结果发现（1）样品上表面与下表面具有不同的相,表明样品中温度由高至低逐渐变化,（2）样品上表面较次上表面衍射峰弱.通过微波等离子轰击及热压烧结的实验模拟,发现样品上表面的XRD图与微波等离子轰击同样样品产生的XRD图极为相似.说明上表面的衍射峰与被离子轰击产生晶格缺陷有关.对形成这种上下表面结构不均匀性的原因进行了分析,并给子适当解释.

脉冲电流烧结掺杂Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3陶瓷介电性能的研究

以硝酸钡、硝酸锶、钛酸四丁脂、硝酸铜、硝酸镧以及氨水为原料,利用柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备了Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)、1mol％Cu2+掺杂BST、1mol％La3+掺杂BST,以及0.5mol％Cu2+和0.5mol％La3+共掺杂BST粉末.利用脉冲电流(简称PECS)烧结设备烧结所制备的粉体,结果发现掺杂可以大大改善BST陶瓷晶粒大小的均匀性.介电性能测试结果表明1mol％Cu2+掺杂不仅降低了BST的介电损耗,同时也降低了介电常数,而1mol％La3+掺杂,以及0.5mol％Cu2+和0.5mol％La3+共掺杂降低了BST的介电损耗,但在25℃附近介电常数升高.

SPS脉冲电流在氮化硅烧结中的作用

对电流在氮化硅陶瓷放电等离子烧结过程中的作用进行了研究,采用放电等离子烧结工艺,分别对含助烧剂(Y2O3/MgO)氮化硅(α-Si3N4)粉体,以及用纯氮化硅粉体包覆的含助烧剂粉体进行了烧结;并且考虑到包覆层引起的试样烧结温度的差异,在较低温度进行了无包覆试样烧结。实验结果表明:包覆层明显抑制了氮化硅陶瓷的相转变及晶粒生长。通过与低温烧结试样进行对比,排除了包覆层引起的温度差异的影响,认为是SPS电场在氰化硅的烧结过程中通过导电的液相形成电流,促进了溶解在液相中的氮化硅的扩散,从而加快了相转变及柱状晶生长这些和溶解析出相关的过程。

脉冲电流快速烧结锰锌铁氧体块材

研究了用脉冲电流技术对纳米晶锰锌铁氧体粉体进行快速成型烧结。用X射线衍射分析了烧结前后样品的物相结构，用扫描电子显微镜分析了样品截面形貌。实验结果表明，得到的锰锌铁氧体块材样品具有尖晶石结构，样品成分有所偏析，其密度可以达到理论密度的96.8％。在特定形状石墨模具中，烧结样品粒径呈梯度分布，其原因可能与高能离子轰击、感应脉冲磁场和模具不同部分的热辐射有关系。

脉冲电流烧结技术及其在氮化铝透明陶瓷烧结中的应用

脉冲电流烧结(Pulse electric current sintering，PECS)是近十年发展起来的一种特殊的快速烧结技术。介绍了脉冲电流烧结的特征、研究现状及其在氮化铝透明陶瓷烧结中的应用。

孕镶金刚石复合材料用纳米级胎体粉末的脉冲电流烧结试验

为降低孕镶金刚石复合材料的烧结温度,采用脉冲电流烧结法,对纳米Cu粉末、纳米WC-12%Co粉末及常规的63# 配方胎体进行了烧结实验。结果表明,纳米Cu粉在700℃可实现致密化,纳米WC-12%Co粉末、63#配方胎体可分别在1 100℃、850℃实现致密化,均大大低于常规烧结方法的烧结温度,还起到保护金刚石、降低能耗、增加石墨模具寿命的作用。

机械合金化非晶钛合金的脉冲电流烧结

一般来说,通过机械合金化(MA)获得的Ti-37.5at%Si粉末硬度很高,故难以制得致密的制品.但是,在MA制备的Ti-10at%Si中,人们已经发现了非晶相的存在,然而,由于Ti-10at%Si的结晶温度很低,它也难以制得致密的制品.另一方面,在Ti-37.5at%Si粉末中添加Fe可提高MA粉末的结晶温度.

脉冲电流加热条件下原子的扩散研究

脉冲电流热加工(pulseelectriccurrentheattreatment,PECHT)具有低温、快速的特点。研究了脉冲电流烧结过程中温度和脉冲比对Fe烧结体性能的影响,并与相同温度、压力和保温时间下辐射加热热压烧结的Fe烧结体进行了比较。结果表明:脉冲电流烧结在较低温度下样品就能获得更高的致密度。脉冲比(ON/OFF)对烧结有很大影响,说明脉冲电流加热促进了颗粒之间的原子扩散。同时,脉冲电流加热烧结和辐射加热烧结过程中Al2O3和Cu的收缩曲线也为脉冲电流加热条件下扩散加强提供了佐证。2种加热条件下接触线之间原子扩散的研究表明:脉冲电流加热促进了原子的扩散。

脉冲电流在SPS工艺中的作用

介绍了等离子烧结(SPS)的发展概况、工艺特性及实际生产中存在的不足。综述了目前学术界对其烧结机制的各种解释,尤其对脉冲电流在烧结过程中的电流和等离子烧结中电流密度分布效应作了较详细的探讨,展望了等离子烧结技术的今后发展及该研究方向的意义。