優(yōu)點(diǎn)
放電等離子燒結由于強脈沖電流加在粉末顆粒間,因此可產(chǎn)生諸多有利于快速燒結的效應。其相比常規燒結技術(shù)有以下優(yōu)
點(diǎn):
燒結速度快;
改進(jìn)陶瓷顯微結構和提高材料的性能
放電等離子燒結融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體,升溫速度快、燒結時(shí)間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制
燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高,并且有著(zhù)操作簡(jiǎn)單、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低等優(yōu)
點(diǎn)。
技術(shù)原理
SPS燒結機理目前還沒(méi)有達成較為統一的認識,其燒結的中間過(guò)程還有待于進(jìn)一步研究。
目前一般認為:SPS過(guò)程除具有熱壓燒結的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進(jìn)燒結過(guò)程外,還在粉末顆粒間產(chǎn)生直流脈沖
電壓,并有效利用了粉體顆粒間放電產(chǎn)生的自發(fā)熱作用,因而產(chǎn)生了一些SPS過(guò)程*的現象 。
SPS中施加直流開(kāi)關(guān)脈沖電流的作用 :
*,由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場(chǎng)中反方向的高速流動(dòng),可使粉末吸附的氣體逸散,粉末表面
的起始氧化膜在一定程度上被擊穿,使粉末得以?xún)艋?、活化?/div>
第二,由于脈沖是瞬間、斷續、高頻率發(fā)生,在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱,以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱
,都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴散,其擴散系數比通常熱壓條件下的要大得多,從而達到粉末燒結的快速化;
第三,ON- OFF快速脈沖的加入,使粉末內的放電部位及焦耳發(fā)熱部件,都會(huì )快速移動(dòng),使粉末的燒結能夠均勻化。使脈
沖集中在晶粒結合處是SPS過(guò)程的一個(gè)特點(diǎn)。
SPS過(guò)程中,顆粒之間放電時(shí),會(huì )瞬時(shí)產(chǎn)生高達幾千度至1萬(wàn)度的局部高溫,在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化,在顆粒接觸點(diǎn)形
成頸部,由于熱量立即從發(fā)熱中心傳遞到顆粒表面和向四周擴散,頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。
氣相物質(zhì)凝聚在頸部形成高于普通燒結方法的蒸發(fā)-凝固傳遞是SPS過(guò)程的另一個(gè)重要特點(diǎn)。 晶粒受脈沖電流加熱和垂直
單向壓力的作用,體擴散、晶界擴散都得到加強,加速了燒結致密化過(guò)程,因此用較低的溫度和比較短的時(shí)間可得到高質(zhì)
量的燒結體。SPS過(guò)程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對導電
Cu粉和非導電Al2O3粉進(jìn)行SPS燒結研究,認為導電材料和非導電材料存在不同的燒結機理,導電粉體中存在焦耳熱效應
和脈沖放電效應,而非導電粉體的燒結,主要源于模具的熱傳導。
放電等離子燒結的中間過(guò)程和現象十分復雜,許多科學(xué)家們對SPS的燒結過(guò)程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等對SPS
過(guò)程中的電流和溫度的分布進(jìn)行了模擬,認為溫度的分布和電流的分布緊密相關(guān)。