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粉体材料烧结技术研究

         近几十年来,在粉末烧结过程中,开发出了许多性能优良的新型材料。新工艺的种类繁多,设备结构和操作过程也不尽相同。但各种烧结工艺无非是寻求更大的驱动力。其作用是促进材料在高温或晶粒取向下的转移、致密化等过程。驱动力激活能主要包括表面自由能、化学势的降低、相变和化学反应性的应用、以及外力、电场、磁场、超声能量的应用。最广泛的应用是推广外部机械——烧结窑设备。 

         烧结是高温下粉末或坯体的致密化过程和现象的总称。具体而言,随着温度和时间的增加,固体颗粒相互结合,晶粒长大,空隙(孔隙)和晶界逐渐减小,通过材料的转移,其整体体积收缩、密度增大,最终成为具有刚性的多晶烧结体。只有一定的微观结构,这种现象才叫做烧结。 

         固态烧结(SSS)是在一定气氛的保护下,在不超过其熔点的设定温度下,将具有一定形状的松散粉末或致密粉末保持一段时间的过程。设定温度是烧结温度,使用的气氛称为烧结气氛,使用的保温时间称为烧结时间。 

         烧结过程可分为两类:无压烧结(无外压烧结)和加压烧结(有外压烧结)。同时对松散粉末或粉末压坯施加高压和外压,称为压力烧结。 热压烧结(HPS)是指在一定的外力(根据模具材料的强度,一般压力为10~40MPa)下,使材料加速流动、重排和致密化的烧结过程。热压烧结温度比常压烧结温度低100~150℃,但热压烧结的驱动力比常压烧结的驱动力大20~100倍。 粉末烧结设备的结构按加热加压方式、气氛等因素进行划分。 

         在粉末烧结过程中,通常采用电加热。最常见的方法是:将粉体材料经过喂料机导入烧结窑的筒体直接回转加热;在电炉中加热模具;对导电模具进行直接感应加热;对非导电模具在导电管内进行感应加热

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