1、等離子體活化燒結(jié)技術(shù)簡(jiǎn)介及其應(yīng)用1、前言燒結(jié)是粉末冶金及陶瓷生產(chǎn)過程中最根本的工序之一，也是最終一道及其重要的工序，對(duì)最終產(chǎn)品的性能起著打算性作用。所謂燒結(jié)，就是把從而使粉末顆粒相互結(jié)合起來，改善其性能的一種過程。燒結(jié)是高溫作用，一般要經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間，還要有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)氣氛。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，燒結(jié)工序的消耗是構(gòu)成產(chǎn)品本錢的重要局部，改進(jìn)操作與燒結(jié)設(shè)備，削減物質(zhì)與能量的消耗，如降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間等，在經(jīng)濟(jì)上的意義是很大的。目前所承受的燒結(jié)方法雖然很多，但均有缺乏之處。熱壓法和熱等靜 壓法雖承受了壓力但燒結(jié)過程中對(duì)樣品的活化程度(即動(dòng)力學(xué)過程)尚需進(jìn)一步提高，而微波燒結(jié)法和等離子體燒結(jié)法

2、在活化方面作了改進(jìn)，縮短了 燒結(jié)時(shí)間，抑制了材料顆粒的長(zhǎng)大，但燒結(jié)過程中仍缺乏對(duì)樣品施加壓力，而溫度等試驗(yàn)條件難以把握特別是微波燒結(jié)過程中簡(jiǎn)潔造成熱失控效應(yīng) , 對(duì)燒結(jié)樣品產(chǎn)生不均勻的加熱 ,從而影響了燒結(jié)產(chǎn)品的各種性能因而在材料處理中，尚需一種能改善上述燒結(jié)缺點(diǎn)的方法1。等離子體活化燒結(jié)是一種比較抱負(fù)的燒結(jié)方法。1997 年，彭金輝教授為負(fù)責(zé)人的課題組擔(dān)當(dāng)了云南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助課題“等離子體活化燒結(jié)過程的機(jī)理與應(yīng)用”的爭(zhēng)辯。本文以他們的爭(zhēng)辯為根底簡(jiǎn)要介紹等離子體活化燒結(jié)的方法。2、等離子體活化燒結(jié)簡(jiǎn)介等離子體活化燒結(jié)(Plasma Activated Sintering ,簡(jiǎn)稱 PAS

3、法)是進(jìn)展起來的用于材料合成和加工的一項(xiàng)技術(shù)1末顆粒間或空隙內(nèi)產(chǎn)生瞬間的高溫等離子體，而等離子體是一種高溫、高400010000K 能快速消退粉末顆粒外表吸附的雜質(zhì)和氣體，促使物質(zhì)產(chǎn)生高速度的集中和遷移，從而有效地降低燒結(jié)溫度，促使燒結(jié)過程加快，即能在較低溫度下和較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固結(jié)。與自蔓燃高溫合成和微波燒結(jié)相像，它是利用在粉末內(nèi)部產(chǎn)生的熱量而實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)的方法。等離子體活化燒結(jié)與熱壓法、熱等靜壓法、無壓常規(guī)燒結(jié)法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如操作便利、可準(zhǔn)確把握燒結(jié)能、燒結(jié),等離子體活化燒結(jié)法在梯度功能材料、金屬間化合物、 微晶材料、 纖維強(qiáng)化材料、 超導(dǎo)材料、 硬質(zhì)合金等的制備中得到了廣泛應(yīng)用。而

4、上述材料用常規(guī)燒結(jié)法是難以制備的。PAS1 同軸向壓力，促進(jìn)燒結(jié)的動(dòng)力學(xué)過程；脈沖電源一方面在顆粒間產(chǎn)生等離子體，活化顆粒外表，降低燒結(jié)溫度，另一方面對(duì)樣品施加直流電以產(chǎn)生足夠的焦耳熱，實(shí)現(xiàn)樣品固化；測(cè)溫系統(tǒng)用于檢測(cè)燒結(jié)溫度并加以準(zhǔn)確地把握；冷卻系統(tǒng)用于冷卻壓頭，避開壓頭溫度過高而變形損壞。圖1PAS法試驗(yàn)裝置示意圖PAS技術(shù)作為一種穎而有效的快速燒結(jié)技術(shù) ,已應(yīng)用于多種材料的研制和開發(fā)中，但其燒結(jié)機(jī)理目前還沒有達(dá)成統(tǒng)一生疏 1 。一般認(rèn)為 PAS 技術(shù)的關(guān)鍵在于利用粉末顆粒間的間隙所產(chǎn)生的微放電粉體更加簡(jiǎn)潔產(chǎn)生塑性變形，從而到達(dá)良好的燒結(jié)效果。3、等離子體活化燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用Cu將 Cu 粉裝

5、入燒結(jié)模中，先用等離子體進(jìn)展活化，工藝參數(shù)為: 250 A ,40 ms ,60 ms ,脈沖時(shí)間5 s ,800 15 s，5MPa，在活化燒結(jié)后，99. 6 %。Cu Cu 粉預(yù)先氧化，分為兩組，進(jìn)展活化和燒1。表1含氧量的變化脫去金屬外表的氧化膜。納米級(jí)ZrO2納米級(jí) ZrO2 通過微波等離子體合成方法合成，所用的微波頻率0.915 GHz ,微波波導(dǎo)為 TE01型，化學(xué)反響為:ZrDl4O ZrO22Cl2納米級(jí) ZrO2 由德國(guó)卡爾斯魯厄爭(zhēng)辯中心合成供給。原始 ZrO2 的38 nm ,ZrO2 (4 mol %Y2O3)粉末裝入700 A 通時(shí)間 45 ms，斷路時(shí)間 30ms 6

6、0 s成型壓力30MPa1 3001 400 2 所示。AlN表2相對(duì)密度與維氏硬度之間的關(guān)系在 AlN 燒結(jié)過程中，有限的共價(jià)化合物的原子遷移造成低溫下AlN 難以完全固化( 1073K)又消滅 AlN 的結(jié)中，純 AlN 陶瓷在 2022K 下燒結(jié) 30h ,其最高相對(duì)理論密度為95AlN20732223K97%99AlN顆粒尺寸比純 AlN 燒結(jié)后的尺寸小。如 AlN 摻入適當(dāng)氧化釔，在2223K3h973m。承受微波燒結(jié)摻入氧化釔的 AlN，又進(jìn)一步縮短了燒結(jié)時(shí)間(小于 75 min)和減 化燒結(jié)純 AlN2022K5min100而最小尺寸僅為 0.77 m，并且產(chǎn)品具有很高的硬度,其維氏硬度達(dá)8188 MPa。4、結(jié)論P(yáng)AS燒結(jié)強(qiáng)度、燒結(jié)時(shí)間、產(chǎn)品性能等)，是一種值得關(guān)注的型燒結(jié)方法。從上述介紹可以看出，PAS 法具有以下特點(diǎn):而且承受開關(guān)直流脈沖電壓使顆