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等離子燒結(jié)介紹及特點(diǎn)

等離子燒結(jié)是利用氣體放電時(shí)形成的高溫和電子能量以及可控氣氛對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié),等離子體加熱可獲得電加熱法所無法達(dá)到的極高的升溫速率!
    常規(guī)燒結(jié)方法主要通過溫度、壓力和時(shí)間幾個(gè)參數(shù)控制燒結(jié)過程。但在燒結(jié)升溫過程中,加熱升溫是依靠發(fā)熱體對(duì)樣t鈷的對(duì)流、輻射加熱,故其升溫速率一般較慢(小于50 ℃/min)。由于快速升溫對(duì)燒結(jié)和顯微結(jié)構(gòu)的發(fā)展有利,人們一直試圖獲得極高的升溫速率。而高速升溫的實(shí)現(xiàn)用常規(guī)的電加熱法是無法實(shí)現(xiàn)的。等離子體加熱可獲得電加熱法所無法達(dá)到的極高的升溫速率。
 

 
    等離子體加熱原理
    所謂等離子體燒結(jié)是指利用氣體放電時(shí)形成的高溫和電子能量以及可控氣氛對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié)。由于等離子體瞬間即可達(dá)到高溫,因而其升溫速率可達(dá)1000 ℃/min以上,所以等離子體燒結(jié)技術(shù)是一種比較新的實(shí)驗(yàn)室用無壓快速高溫?zé)Y(jié)技術(shù)。這一方法于1968年被首次用于A12 03陶瓷的燒結(jié),經(jīng)過二十多年的發(fā)展,這種方法現(xiàn)已成功地用于各種精細(xì)陶瓷,如AI2 ()3、Y2()3 Zr()2、Mg0、SiC等的燒結(jié)。
    等離子體燒結(jié)特點(diǎn)
    ①溫度高(可達(dá)2000IC或更高),升溫速率快(可達(dá)100℃/s);
    ②燒結(jié)速度快,約0. 5mln之內(nèi)即可將樣品燒結(jié);
    ③燒結(jié)速度快能夠有效抑制樣品的晶粒生長(zhǎng),但同時(shí)可能造成樣品內(nèi)外溫度梯度及顯微結(jié)構(gòu)的不均勻;
    ④過快的升溫可能使一些熱脹系數(shù)較大、收縮量較大的物件在升溫收縮過程中開裂;
    ⑤根據(jù)等離子體形狀,目前以燒結(jié)棒狀或管狀樣晶較為合適。
    試樣制備及在等離子體中的加熱
    用等離午體燒結(jié)的試樣,目前多為長(zhǎng)柱狀或管狀,直徑小于15mm,常用5-lOmm。試樣可直接用等靜壓制備,也用澆注法制備。試樣必須保持干燥,具備較高強(qiáng)度和素坯密度。如試樣素垤密度過低,則往往需要預(yù)燒并使其部分致密化,減少燒成時(shí)收縮量和開裂的可能性。試樣尺寸不僅受等離子體等溫區(qū)大小的限制,實(shí)際上更主要受到熱沖出的制約。由于樣品推人等離子體時(shí),樣牖受等離子體包裹部分有極高的升溫速率,而等離子體外的樣品則溫度基本沒有上升,故樣品不同部分溫差很大,熱沖擊也大。另外如樣品素坯密度過低,強(qiáng)度低,熱脹系數(shù)過高,則由于熱沖擊引起的應(yīng)力和導(dǎo)致破壞的可能性也大。所以要燒制尺寸較大的樣品,不僅要有較大的等離子區(qū),樣品推進(jìn)速度快,還必須制得較高密度和強(qiáng)度的素坯樣品,這對(duì)熱脹系數(shù)較高的材料尤為如此。
 
    等離子體放電區(qū)溫度達(dá)數(shù)千攝氏度,氣體部分以離子狀態(tài)存在。試樣在放電區(qū)由于受到強(qiáng)對(duì)流傳熱和各種組分(離子、原子、電子等)在表面處沖擊.,復(fù)合而得以加熱。由于等離子體溫度高,熱流量大,故升溫速率高,最高可達(dá)100 ℃/s,隨溫度升高試樣表面的輻射程度加劇,最終可達(dá)到某一加熱與熱損失的平衡并保持一定溫度。一般的試樣可達(dá)1600 - 1900 ℃的溫度。由于氣體溫度遠(yuǎn)高于試樣溫度,故試樣溫度主要與氣流情況(氣體種類、壓力)及輸入功率有關(guān)。1600- 1900℃是較易達(dá)到的溫度,也是較易控制的溫度區(qū)間。更高溫度時(shí)由于熱損失增大難以進(jìn)一步升溫,更低溫度時(shí)對(duì)等離子體的控制和調(diào)節(jié)不易。溫度測(cè)量一般使用光學(xué)溫度計(jì),故溫度測(cè)量和控制精度不佳。
 


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本文“等離子燒結(jié)介紹及特點(diǎn)”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2019-03-16 11:43:24
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