放电等离子体烧结诱发燃烧反应快速制备MoAlB陶瓷材料

放电等离子体烧结
放电等离子体烧结是一种先进的材料加工技术，通过放电等离子体的高温、高能量作用，实现材料的烧结和熔融，从而制备出具有优异性能的复杂形状零件。

这种技术在金属、陶瓷、复合材料等领域都有着广泛的应用。

放电等离子体烧结技术的原理是利用高压电场使气体放电产生等离子体，等离子体在电场的作用下加热材料并使其烧结。

这种烧结方式具有高温、高能量、高速等特点，可以实现材料的快速烧结和熔融，从而大大提高材料的致密性和机械性能。

在金属材料加工中，放电等离子体烧结可以实现对金属粉末的高效烧结，制备出高强度、高硬度的金属零件。

同时，还可以实现对金属表面的改性处理，提高金属的耐磨性和耐腐蚀性。

在陶瓷材料加工中，放电等离子体烧结可以实现对陶瓷粉末的快速烧结，制备出高强度、高韧性的陶瓷制品。

在复合材料加工中，放电等离子体烧结可以实现对复合材料的烧结和熔融，制备出具有优异性能的复合材料制品。

放电等离子体烧结技术具有许多优点，如烧结速度快、烧结温度高、烧结效果好等。

与传统的烧结方法相比，放电等离子体烧结可以大大缩短加工周期，提高生产效率，降低生产成本。

此外，放电等离子体烧结还可以实现对材料的局部加热和局部烧结，实现对复杂形状零件的加工，提高材料的利用率和加工精度。

随着科技的不断进步，放电等离子体烧结技术在材料加工领域的应用将会越来越广泛。

通过不断的研究和创新，放电等离子体烧结技术将会为材料加工领域带来更多的突破和进步，为人类社会的发展做出更大的贡献。

相信在不久的将来，放电等离子体烧结技术将会成为材料加工领域的重要技术，为人类创造出更多的奇迹。

《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言在当前的工业应用中，高性能的复合材料以其卓越的物理和化学性能受到广泛关注。

其中，MAX-cBN（由MAX相陶瓷和立方氮化硼（cBN）组成的复合材料）因其高硬度、高热导率和良好的化学稳定性，在机械加工、电子封装和热管理等领域具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍放电等离子烧结技术在制备MAX-cBN复合材料中的应用及其优势。

二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结（SPS）技术是一种利用脉冲电流进行加热的固相烧结方法。

它利用强大的电场产生高能量密度等离子体，将颗粒间隙内的空气排净，通过产生的焦耳热直接作用于颗粒，从而达到烧结目的。

这种方法能够有效地减小颗粒尺寸、增强材料性能、缩短制备周期。

三、MAX-cBN复合材料的制备（一）材料选择与配比在制备MAX-cBN复合材料时，选择合适的MAX相陶瓷和cBN粉末是关键。

MAX相陶瓷具有优异的力学性能和热稳定性，而cBN则以其高硬度、高热导率和良好的化学稳定性著称。

通过合理的配比，可以获得具有优异性能的MAX-cBN复合材料。

（二）放电等离子烧结过程在放电等离子烧结过程中，首先将MAX相陶瓷和cBN粉末混合均匀，然后放入模具中。

通过施加一定的压力和电压，利用脉冲电流产生的高能量密度等离子体进行烧结。

在烧结过程中，颗粒间的结合力逐渐增强，形成致密的复合材料。

四、放电等离子烧结技术的优势（一）高效率：放电等离子烧结技术能够在短时间内完成烧结过程，大大缩短了制备周期。

（二）低能耗：由于等离子体直接作用于颗粒，使得能量利用率高，降低了能耗。

（三）提高性能：放电等离子烧结技术可以减小颗粒尺寸，增强材料性能。

同时，高能量密度等离子体的作用使得颗粒间的结合力增强，有利于获得致密的复合材料。

五、实验结果与讨论通过放电等离子烧结技术制备的MAX-cBN复合材料具有优异的性能。

X射线衍射（XRD）分析表明，材料具有明显的MAX相和cBN相的特征峰；扫描电子显微镜（SEM）观察发现，材料具有致密的微观结构，颗粒间结合紧密；硬度测试表明，材料的硬度远高于单一MAX相陶瓷或cBN；热导率测试也显示出了良好的导热性能。

《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言随着科技的发展，新型复合材料在众多领域中发挥着越来越重要的作用。

其中，MAX-cBN复合材料因其独特的物理和化学性质，如高硬度、高热稳定性、良好的导电性等，在机械制造、电子器件和功能材料等领域得到了广泛的应用。

而放电等离子烧结技术，作为一种新型的制备技术，其制备过程温度梯度小、效率高、可控制性强，成为制备MAX-cBN复合材料的重要手段。

本文将重点研究放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料的工艺过程、性能特点及潜在应用。

二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种新型的快速烧结技术，其利用脉冲电流的能量，在短时间内在颗粒间产生局部高温等离子场，从而快速完成烧结过程。

相比于传统的烧结方法，SPS具有温度梯度小、加热速度快、能量利用效率高和可控性好等优点。

三、MAX-cBN复合材料的制备（一）材料选择与制备流程MAX-cBN复合材料主要由金属相（如MAX相）和陶瓷相（如立方氮化硼，cBN）组成。

首先，选择合适的原料进行混合，通过球磨、干燥等步骤制备出均匀的混合粉末。

然后，采用放电等离子烧结技术进行烧结。

（二）放电等离子烧结过程在放电等离子烧结过程中，通过施加脉冲电流，使粉末颗粒间产生局部高温等离子场。

此时，粉末颗粒迅速加热并完成烧结。

同时，通过控制烧结过程中的电流、压力、温度等参数，可以实现对烧结过程的精确控制。

四、MAX-cBN复合材料的性能特点MAX-cBN复合材料具有优异的力学性能、热性能和电性能。

其硬度高、耐磨性好、热稳定性好，具有良好的导电性和导热性。

此外，其各相之间具有良好的相容性和协同效应，使得材料具有优异的综合性能。

五、潜在应用领域MAX-cBN复合材料因其独特的性能特点，在许多领域具有广泛的应用前景。

如机械制造领域，可应用于制造刀具、模具等；在电子器件领域，可应用于制造高温、高湿、高辐射等恶劣环境下的电子器件；在功能材料领域，可应用于制造传感器、微波器件等。

放电等离子烧结技术及其在陶瓷制备中的应用3白玲,赵兴宇,沈卫平,葛昌纯(北京科技大学材料科学与工程学院特种陶瓷粉末冶金研究中心,北京100083摘要综述了放电等离子烧结(SPS 技术在国内外的发展概况,简单介绍了SPS 系统的基本配置,深入探讨了SPS 的烧结机理及其技术特点,着重介绍了SPS 技术在制备高致密度、细晶粒陶瓷等方面的应用,并对燃烧合成氮化硅粉体进行了放电等离子烧结的试验研究,得到了机械性能优于热压烧结的氮化硅陶瓷。

结果证明放电等离子烧结在陶瓷的快速致密化中显示出了极大的优势,是一项有重要使用价值和广泛前景的新技术。

关键词放电等离子烧结机理应用Spark Plasma Sintering T echnology and Its Application in Preparing CeramicsBA I Ling ,ZHAO Xingyu ,S H EN Weiping ,GE Changchun(Laboratory of Special Ceramics and Powder Metallurgy ,School of Material Science and Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083Abstract The development of spark plasma sintering (SPS is reviewed.The configuration of the SPS sys 2tem is introduced.The principles and features of the SPS process are deeply discussed ,and some applications of the SPS process ,particularly in the high 2density fine 2grain ceramics are described.Moreover ,the spark plasma sintering process of β2Si 3N 4powder prepared by SHS is pared with those by hot pressing ,themechanical properties of Si 3N 4ceramics prepared by SPS are better.The results show that the spark plasma sintering technology has the great advantage of fast densification of ceramics.Moreover ,it is a new technology that has the important appli 2cation value and extensive foreground.K ey w ords spark plasma sintering ,principle ,application0引言放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering ,SPS ,又称等离子活化烧结(Plasma Activated Sintering ,PAS 或等离子辅助烧结(Plasma Assisted Sintering ,PAS [1,2],是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。

《放电等离子烧结制备立方氮化硼-钛-铝复合材料》篇一放电等离子烧结制备立方氮化硼-钛-铝复合材料一、引言随着科技的进步和工业的快速发展，复合材料因其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用。

立方氮化硼（c-BN）、钛（Ti）和铝（Al）作为三种具有独特性能的材料，其复合材料具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍放电等离子烧结（SPS）技术在制备立方氮化硼/钛/铝复合材料中的应用。

二、放电等离子烧结技术简介放电等离子烧结（SPS）技术是一种利用脉冲直流电场作用，在颗粒间产生放电现象，进而促进材料致密化和结合的新型烧结技术。

其基本原理是在较低温度和较短的时间内，通过高电流脉冲和压力的共同作用，使材料达到致密化。

SPS技术具有烧结温度低、时间短、材料性能优异等优点，因此在复合材料的制备中得到了广泛应用。

三、立方氮化硼/钛/铝复合材料的制备1. 材料选择与预处理本实验选用高纯度的立方氮化硼、钛粉和铝粉作为原料。

在制备前，需要对原料进行预处理，如干燥、研磨和过筛等，以保证原料的粒度和纯度。

2. 混合与成型将预处理后的立方氮化硼、钛粉和铝粉按照一定比例混合均匀，并采用压力成型法制成预制块。

3. 放电等离子烧结将成型后的预制块放入SPS烧结炉中，设置合适的烧结温度、压力和电流等参数，进行放电等离子烧结。

在烧结过程中，通过控制电场强度和电流大小，使颗粒间产生放电现象，从而促进材料的致密化和结合。

四、结果与讨论1. 显微结构分析通过SEM（扫描电子显微镜）观察立方氮化硼/钛/铝复合材料的显微结构，可以发现材料具有致密的微观结构，颗粒间结合紧密，无明显孔洞和缺陷。

2. 性能分析对制备的立方氮化硼/钛/铝复合材料进行性能测试，包括硬度、强度、导电性和耐磨性等。

结果表明，该复合材料具有优异的力学性能、导电性能和耐磨性能，可满足不同领域的应用需求。

3. 影响因素分析在放电等离子烧结过程中，烧结温度、压力、电流等参数对复合材料的性能具有重要影响。

放电等离子超快速烧结氧化物陶瓷
随着电子信息和新材料化学工程技术的发展，对高性能陶瓷材料急剧增加，导致氧化物陶瓷材料表面性能和制备过程变得更加重要。

在氧化物陶瓷制备中，高效烧结是重要的步骤。

然而，传统低温烧结工艺比较低效且耗时较长，无法满足工业的需求。

为了解决氧化物陶瓷高效烧结的难题，离子超快速处理被提出，并在氧化物陶瓷的研究中得到广泛的应用。

它是电极电解技术的一种，将特定的电流密度和电解液以特定的方式应用到介质上。

瞬间的电源将形成具有穹形状的电弧，以高温的形式快速加热介质，从而产生离子活性和高烧结温度。

通过应用离子超快速处理，可以显著提高氧化物陶瓷的烧结温度，从而提高制备氧化物陶瓷的效率。

另外，它还可以在较短的时间内生成单晶晶粒。

与传统低温烧结相比，将大大缩短制备时间。

在离子超快速处理的研究中，不仅要考虑离子处理所需的参数，还有一些条件影响烧结质量。

这类条件主要有电子由离子形成的电路，加热用电极间隙完整性，介质湿度，介质粘度等。

有效调控这些条件可以改善整个加热过程，保证离子超快速烧结有较高的烧结质量。

因此，加快氧化物陶瓷的制备过程，提高烧结质量得到了广泛的应用，而离子超快速处理则是实现这一目标的重要技术，为氧化物陶瓷的发展提供了新的途径。

实⽤攻略：如何利⽤放电等离⼦体烧结烧出理想的样品放电等离⼦体烧结（Spark Plasma Sintering）简称SPS，是⼀种快速粉末烧结⽅式。

它利⽤脉冲电流加热烧结，具有加热均匀、升温速度快、烧结温度低、致密度⾼等特点，适⽤于纳⽶材料、梯度功能材料、⾦属材料、复合材料、陶瓷材料等材料的烧结。

放电等离⼦体烧结装置的⽰意图烧结样品的基本步骤对⽐传统烧结技术，放电等离⼦烧结主要具有以下优点：第⼀：致密度⾼。

晶粒受脉冲电流和垂直单向压⼒的作⽤，加强体扩散和晶界扩散，可以加速致密化的进程。

晶粒的空隙处放电时，会产⽣⾼达⼏千度⾄⼀万度的局部⾼温，在晶粒表⾯引起蒸发和熔化，促进材料的烧结。

第⼆：烧结温度较低。

相⽐普通烧结⽅法，放电等离⼦体烧结装置可以在较低的温度下烧结成型。

⾼温烧结，容易破坏样品结构，促进晶粒长⼤，导致样品的热性能不佳。

第三：烧结温度快。

普通烧结⽅法需要数⼩时甚⾄数⼗个⼩时才能反应⽣成。

⽽放电等离⼦体烧结装置可以在⼏分钟内烧结成型，可以极⼤地缩短制备时间，提⾼效率。

下表为各材料⽤SPS烧结的优势材料类别传统烧结SPS纳⽶材料难以保证纳⽶尺⼨，⼜达到完全致密性合成时间短，抑制晶粒粗化，降温速度快，粉末中亚结构可以保存梯度功能材料难以⼀次烧结成功，成本⾼成本低，可烧结⼗⼏层⾦属间化合物需⾼能量、真空，需⼆次加⼯低温、快速烧结⾼致密度、细晶粒陶瓷效果难以保证低温、快速烧结作为⼀个精密烧结装置，SPS同样有很多⼯艺参数，需要在实验过程中控制。

下⾯是⼀些最常见和最重要的烧结参数：烧结⽓氛SPS可以真空烧结，也可以选择烧结⽓氛。

合适的⽓氛有助于样品的致密化。

例如，在氧⽓⽓氛下，氧会被烧结物体表⾯吸附或者发⽣化学反应作⽤，使得晶体表⾯形成⼀种正离⼦缺位型的⾮化学计量话化合物促进烧结。

⽽在氢⽓⽓氛下烧结，由于氢原⼦半径很⼩，易于扩散和消除闭⼝⽓孔，使得氧化铝类型的材料可烧结出接近理论密度的样品。

烧结温度烧结温度时放电等离⼦体烧结过程中最重要的参数。

《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言随着科技的发展，复合材料在工业领域的应用越来越广泛。

其中，MAX-cBN（主要为碳化物与立方氮化硼）复合材料以其优异的物理、化学及机械性能，成为了一种重要的复合材料。

放电等离子烧结技术（SPS）以其独特的优势，如高能量密度、低热应力、精确的温度控制等，在制备MAX-cBN复合材料中展现出强大的潜力。

本文旨在深入探讨放电等离子烧结制备MAX-cBN 复合材料的工艺过程、性能特点及其应用前景。

二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结（SPS）技术是一种新型的烧结技术，其基本原理是利用脉冲直流电场在粉末颗粒间产生放电现象，通过放电产生的热量和等离子体的作用，使粉末颗粒在短时间内达到烧结状态。

这种技术具有烧结温度低、烧结时间短、烧结体性能优异等优点。

三、MAX-cBN复合材料的制备1. 材料选择与预处理：选择高质量的MAX相和cBN粉末作为原料，进行充分的干燥和研磨处理，以提高其表面活性和均匀性。

2. 混合与成型：将预处理后的MAX相和cBN粉末按照一定比例混合，并通过压力成型为所需的形状。

3. 放电等离子烧结：将成型后的样品置于SPS设备中，设定合适的温度、压力和时间等参数，进行放电等离子烧结。

四、MAX-cBN复合材料的性能特点MAX-cBN复合材料具有优异的物理、化学及机械性能。

其硬度高、耐磨性好、热稳定性强，同时具有良好的导电性和导热性。

此外，其优异的抗腐蚀性能和高温性能也使其在许多领域具有广泛的应用前景。

五、应用前景MAX-cBN复合材料在机械制造、航空航天、电子信息等领域具有广泛的应用前景。

例如，可以用于制造高精度的切削工具、耐磨零件、高温结构件等。

此外，其优异的导电性和导热性也使其在电子封装、散热器件等领域具有潜在的应用价值。

六、结论放电等离子烧结技术为制备MAX-cBN复合材料提供了一种有效的途径。

通过优化工艺参数，可以获得具有优异性能的MAX-cBN复合材料。

SPS放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。

1 前言随着高新技术产业的发展，新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。

放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。

2 国内外SPS的发展与应用状况SPS技术是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因此在有的文献上也被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。

早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。

日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。

1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广使用。

1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10～100t 的烧结压力和脉冲电流5000～8000A。

最近又研制出压力达500t，脉冲电流为25000A的大型SPS装置。

由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，并利用SPS进行新材料的研究和开发[3]。

1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作[4]。

放电等离子体烧结
放电等离子体烧结是一种新兴的材料加工技术，通过高温等离子体的作用，可以将粉末材料烧结成坚固的材料。

这种技术具有高效、环保、节能等优点，被广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等领域。

放电等离子体烧结的原理是利用放电等离子体在高温下的高能量状态，使粉末颗粒表面迅速熔化并结合成致密的材料。

在这个过程中，放电等离子体不仅提供了高温和高压的条件，还能够激发粉末颗粒之间的化学反应，加速烧结速度，提高材料的密度和强度。

放电等离子体烧结技术的优势在于可以实现快速烧结、高密度、高强度和高温稳定性的材料制备。

与传统烧结方法相比，放电等离子体烧结可以大大缩短烧结时间，降低能耗，减少材料损耗，提高生产效率和材料质量。

在金属材料加工领域，放电等离子体烧结技术被广泛应用于制备高性能的工具钢、不锈钢、合金等材料。

通过这种技术，可以实现金属材料的高密度、高强度、高硬度和高耐磨性，满足各种工业领域对材料性能的要求。

在陶瓷材料加工领域，放电等离子体烧结技术也有着重要的应用。

通过这种技术，可以制备高密度、高强度、高耐磨性和高抗压性的陶瓷材料，广泛应用于电子、光学、航空航天等领域。

在复合材料领域，放电等离子体烧结技术的应用也日益广泛。

通过
这种技术，可以实现复合材料的高密度、高强度、高硬度和高耐磨性，满足汽车、航空航天、船舶等领域对复合材料性能的要求。

总的来说，放电等离子体烧结技术是一种高效、环保、节能的材料加工技术，具有广阔的应用前景。

随着材料科学技术的不断发展，相信放电等离子体烧结技术将在各个领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出贡献。

《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言随着科技的发展，复合材料在众多领域中得到了广泛的应用。

其中，MAX-cBN复合材料因其独特的物理和化学性质，在切削工具、热力设备以及电子器件等领域中具有巨大的应用潜力。

本文将详细介绍放电等离子烧结技术在制备MAX-cBN复合材料中的应用，并探讨其制备工艺、性能特点以及潜在的应用前景。

二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种利用脉冲电流和等离子体进行材料烧结的技术。

在SPS过程中，粉末颗粒通过放电产生的能量进行快速加热和烧结，从而形成致密的复合材料。

这种技术具有烧结温度低、烧结时间短、晶粒细小、力学性能优良等优点。

三、MAX-cBN复合材料的制备（一）原料准备MAX-cBN复合材料的制备原料包括MAX相和cBN（立方氮化硼）颗粒。

其中，MAX相具有良好的力学和化学稳定性，而cBN具有高硬度、高耐热性和化学稳定性等特点。

将这两种材料按照一定比例混合，制备成均匀的混合粉末。

（二）放电等离子烧结过程在SPS设备中，将混合粉末置于石墨模具中，然后利用脉冲电流和等离子体进行加热烧结。

通过调整烧结参数（如电流大小、烧结时间、烧结温度等），得到致密的MAX-cBN复合材料。

四、性能特点通过放电等离子烧结技术制备的MAX-cBN复合材料具有以下特点：（一）晶粒细小：由于SPS技术的快速加热和烧结过程，使得晶粒尺寸得以细化，提高了材料的力学性能。

（二）致密度高：通过优化烧结参数，可以得到致密的MAX-cBN复合材料，从而提高其物理性能和化学稳定性。

（三）高硬度、高耐热性：cBN的高硬度和MAX相的优良力学性能使得该复合材料具有较高的硬度和耐热性。

五、应用前景MAX-cBN复合材料在切削工具、热力设备以及电子器件等领域具有广泛的应用前景。

例如，可以用于制造高精度、高效率的切削刀具，提高加工效率和产品质量；也可以用于制造高温、高压力环境下的部件，提高设备的稳定性和使用寿命。

第42卷第6期2023年6月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.6June,2023放电等离子烧结制备高致密LiNbO 3陶瓷的研究侯俊峰1,2,张明哲1,2,田少华1,吴集思3,江文莉1,2(1.北方民族大学材料科学与工程学院,银川㊀750021;2.碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心,银川㊀750021;3.南昌航空大学航空制造工程学院,南昌㊀330000)摘要:为解决LiNbO 3粉体烧结活性低㊁高温下Li 元素烧失导致的烧结体致密度低的问题,采用固相反应法合成化学计量比的LiNbO 3粉体,通过还原处理增加其氧空位浓度,然后采用放电等离子烧结(SPS)技术对其进行烧结,制备出高致密LiNbO 3陶瓷㊂利用XRD㊁EPR㊁XPS㊁Raman 光谱仪㊁SEM 对LiNbO 3粉体及其陶瓷进行表征和分析,结果表明,LiNbO 3粉体经700ħ还原处理后氧空位浓度显著增大,且氧空位出现在Nb O 八面体中O 原子的晶格位置㊂随着SPS 温度的升高,LiNbO 3陶瓷的相对密度呈先增大后减小的趋势,900ħ时烧结体的相对密度达到最大,为98.19%㊂经800ħ退火增氧处理后,LiNbO 3陶瓷由黑色转变为白色,氧空位缺陷被消除,LiNbO 3陶瓷相对密度为98.32%㊂本研究为高致密碱金属铌酸盐陶瓷的制备提供了新思路㊂关键词:LiNbO 3;氧空位;Nb O 八面体;放电等离子烧结;相对密度;晶粒尺寸中图分类号:TB34;TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)06-2190-07Preparation of High Density LiNbO 3Ceramics by Spark Plasma SinteringHOU Junfeng 1,2,ZHANG Mingzhe 1,2,TIAN Shaohua 1,WU Jisi 3,JIANG Wenli 1,2(1.School of Materials Science &Engineering,North Minzu University,Yinchuan 750021,China;2.National and Local Joint Engineering Research Center of Advanced Carbon Based Ceramics Preparation Technology,Yinchuan 750021,China;3.School of Aeronautical Manufacturing Engineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330000,China)Abstract :In order to solve the problem of low sintering density caused by low sintering activity of LiNbO 3powders and loss on ignition of Li element at high temperature,LiNbO 3powders with stoichiometric ratio were synthesized by solid phase reaction method.The oxygen vacancy concentration of LiNbO 3powders increased by reduction treatment,and then high density LiNbO 3ceramics were prepared by spark plasma sintering (SPS)technology.The phase composition,oxygen vacancy concentration and surface morphology of LiNbO 3powders and the sintered body were characterized and analyzed by XRD,EPR,XPS,Raman spectroscopy and SEM.The results show that the oxygen vacancy concentration of LiNbO 3powders increases significantly after 700ħreduction treatment,and the oxygen vacancies generate at the lattice position of O atom in Nb O octahedron.With the increase of SPS temperature,the relative density of LiNbO 3ceramics shows a trend of increasing first and then decreasing.The relative density of sintered body reaches a maximum of 98.19%at 900ħ.After annealing and oxygen increasing treatment at 800ħ,the color of LiNbO 3ceramics changes from black to white.At the same time,the oxygen vacancy defect of LiNbO 3ceramics is eliminated and the relative density is 98.32%.This study provides a new idea for the preparation of high density alkali metal niobate ceramics.Key words :LiNbO 3;oxygen vacancy;Nb O octahedron;spark plasma sintering;relative density;grain size收稿日期:2023-03-08;修订日期:2023-03-27基金项目:宁夏回族自治区重点研发计划(2022BDE03005)作者简介:侯俊峰(1979 ),男,博士,讲师㊂主要从事功能陶瓷材料的研究㊂E-mail:hou8635@ 0㊀引㊀言压电陶瓷材料能实现电能与机械能的相互转换,可用于制造压电换能器㊁传感器㊁压电陀螺等,是自动控制㊁通信㊁航天航空㊁生物医疗等领域中核心器件的关键材料[1-3]㊂以锆钛酸铅基材料为主的多元系含铅陶㊀第6期侯俊峰等:放电等离子烧结制备高致密LiNbO3陶瓷的研究2191瓷是目前应用最广㊁最成熟且性能优异的压电陶瓷,但其生产过程和器件报废后将不可避免地对环境造成铅污染㊂因此开发高性能环境友好型无铅压电陶瓷已成为功能陶瓷材料的研究热点[4]㊂当前无铅压电陶瓷主要有BaTiO3基陶瓷㊁含Bi钙钛矿型陶瓷㊁ANbO3(碱金属铌酸盐,A为Li㊁Na㊁K)陶瓷㊁铋层结构陶瓷等㊂其中,ANbO3陶瓷具有介电常数小㊁频率常数大㊁密度小㊁压电性能优异等特点,受到研究者广泛关注[5-6]㊂LiNbO3陶瓷是目前已知居里温度(1253ħ)最高和自发极化强度(室温时为0.7C/m2)最大的压电陶瓷,其机电耦合系数和机械品质因数高,在压电器件领域具有较好的应用前景[7-8]㊂LiNbO3由于含有碱金属Li元素,长时间高温下会发生烧失现象,致使陶瓷难以致密化,且易导致陶瓷组分偏离化学计量比㊂为制备出致密度高㊁组分均匀的LiNbO3陶瓷,研究者采用添加烧结助剂㊁Li2O组分过量㊁复合第二组元等技术以提高LiNbO3的烧结性能㊂郑镇宏[9]以Li2O-B2O3-Nb2O5-SiO2玻璃为烧结助剂,采用无压烧结方式制备出相对密度为92%的LiNbO3陶瓷,研究发现玻璃相的加入会恶化陶瓷介电和铁电性能;傅焰峰等[10]采用固相烧结方式,通过加入过量Li2O以抵消高温下Li元素的烧失,研究了不同Li2O 和Nb2O5摩尔比对LiNbO3陶瓷致密化的影响;陈强等[11]采用Pechini法制备出LiNbO3纳米粉体,在1020ħ常压烧结制备出LiNbO3相占比大于96%(质量分数)的陶瓷;张晓燕等[12]以LiNbO3为基体,加入BiAlO3作为第二组元,经1000ħ固相烧结2h后制备出(1-x)LiNbO3-x BiAlO3单相陶瓷,研究发现BiAlO3可以显著促进陶瓷致密化,陶瓷室温下的压电常数d33为6pC/N;Nibou等[13]研究了NaNbO3加入量对LiNbO3陶瓷致密化的影响,发现NaNbO3含量为7%(摩尔分数)㊁烧结温度为1050ħ时,LiNbO3陶瓷相对密度可达到97%㊂由此可知,加入烧结助剂或第二组元来改善LiNbO3陶瓷烧结性能时,存在影响介电/压电性能或烧结温度过高使Li元素烧失导致组分偏离化学计量比等问题[14-15]㊂因此,需采用快速致密化技术制备LiNbO3陶瓷㊂放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)技术具有升温速率高㊁烧结时间短㊁场致效应强等特点,可实现陶瓷粉体的低温㊁快速致密化㊂本研究通过对LiNbO3粉体进行还原处理,增加粉体中氧空位浓度,以增强烧结时物质传输速率,提高其烧结活性,并采用SPS技术制备LiNbO3陶瓷,研究致密化过程和烧结温度对陶瓷微观结构的影响,这为制备化学计量比的高致密LiNbO3陶瓷提供了新思路㊂1㊀实㊀验1.1㊀样品制备以亚微米级Nb2O5粉体(中航中迈有限公司)和Li2CO3粉体(阿拉丁试剂有限公司)为原料,将二者按摩尔比1ʒ1混合均匀后装入刚玉坩埚,置入马弗炉中升温到700ħ(升温速率为10ħ/min)并保温3h,随炉冷却后得到白色LiNbO3粉体㊂随后将白色LiNbO3粉体与Al粉(国药集团化学试剂有限公司)按质量比100ʒ1进行混合,在700ħ真空环境下保温30min,冷却后取出并用盐酸充分酸洗以去除反应生成的Al2O3,之后用去离子水冲洗3次,沉淀㊁过滤并干燥后得到深灰色LiNbO3粉末㊂定量称取深灰色LiNbO3粉末装入石墨模具中,采用SPS方式,以100ħ/min的升温速率升温至700㊁800㊁900㊁1000㊁1100ħ后保温20min,冷却出炉后获得黑色LiNbO3陶瓷㊂然后将致密度最高的样品放入马弗炉中升温至800ħ保温24h,降温后制备出白色LiNbO3陶瓷㊂1.2㊀分析和测试采用X射线衍射仪(XRD-6000,Japan)对LiNbO3粉体和陶瓷进行物相分析,测试条件为:Cu-Kα射线管,扫描角度10ʎ~80ʎ,工作电压40kV,工作电流40mA,步长0.02ʎ,扫描速率2(ʎ)/min㊂采用顺磁共振波谱仪(EPR,Bruker EMXplus10/12,Germany)对LiNbO3粉体和陶瓷进行氧空位信号测试㊂采用X射线光电子能谱仪(XPS,Thermo Scientific K-Alpha,USA)对LiNbO3粉体进行元素价态分析㊂采用拉曼光谱仪(Horiba LabRAM HR Evolution,France)对LiNbO3粉体进行晶体结构分析㊂采用场发射扫描电子显微镜(SEM,Zeiss SIGMA500,Germany)分析LiNbO3陶瓷的微观形貌㊂采用阿基米德排水法测量LiNbO3陶瓷的相对密度㊂2192㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2㊀结果与讨论2.1㊀富氧空位LiNbO 3粉体的结构分析图1为LiNbO 3粉体还原处理前㊁后的XRD 谱和光学照片㊂由图1可得,LiNbO 3粉体还原前㊁后均为单一物相,无第二相或杂峰出现,衍射峰与标准PDF 卡片85-2456相匹配,表明LiNbO 3粉体还原后没有出现新相,但其特征峰的2θ角与还原前相比向高角度偏移,具体如图1(b)所示,这说明还原后粉体的晶格发生畸变,晶格常数变小㊂经Jade 软件计算,LiNbO 3的晶胞体积由还原前的0.31874nm 3变为还原后的0.31633nm 3,这可能是因为钛铁矿结构的LiNbO 3粉体还原后,Nb O 八面体中的部分O 原子从晶格中脱离形成氧空位缺陷,晶格发生轻微收缩,从而使晶格常数变小,对应的晶胞体积也减小㊂为进一步验证LiNbO 3粉体经还原处理后氧空位缺陷的形成,采用EPR 进行分析,结果如图2所示㊂由图2可知,还原前LiNbO 3粉体的g 因子(波谱分裂因子)强度无明显变化,而经700ħ还原处理后在g =2.00023时出现明显信号,这对应着氧空位的g 值,说明LiNbO 3经还原处理后在晶格中形成了一定浓度的氧空位缺陷,粉体由还原前的白色转变为黑色,如图1(c)所示㊂图1㊀LiNbO 3粉体还原处理前㊁后的XRD 谱和光学照片Fig.1㊀XRD patterns and optical images of LiNbO 3powders before and after reductiontreatment 图2㊀LiNbO 3粉体还原处理前㊁后的EPR 谱Fig.2㊀EPR patterns of LiNbO 3powders beforeand after reduction treatment 为确定氧空位的相对含量及其对O 原子结合形式及Nb 原子价态的影响,对还原前㊁后的LiNbO 3粉体进行XPS 分析,结果如图3所示㊂由图3(a)得出,还原前㊁后LiNbO 3粉体的XPS 全谱中只有Nb㊁Li㊁O㊁C 四种元素的特征峰,其中C 元素来源于仪器本身,说明还原前㊁后粉体中均未引入其他杂质元素㊂在图3(b)O 1s 的精细谱中,根据O 原子结合能的不同,其结合形式可分为三种:一是结合能为530.0eV 处的晶格氧(O1),对应着LiNbO 3中Nb O 八面体内的O 原子;二是结合能为531.2eV 处的氧空位(O2),对应着LiNbO 3中的氧空位缺陷;三是结合能为532.7eV 处的吸附氧(O3),对应着LiNbO 3粉体表面吸附的含氧基团㊂这三种O 形态在LiNbO 3粉体还原处理后比例发生明显变化,O2的峰面积较还原前有了显著增大,O1与O2的峰面积比例变小,O3的峰面积也有少许增大,表明还原后LiNbO 3中氧空位缺陷浓度增加㊂在图3(c)Nb 3d 精细谱中,还原后Nb 3d 5/2㊁Nb 3d 3/2结合能均呈升高趋势,分别由还原前的209.68㊁206.90eV 升高至还原后的209.91㊁207.13eV㊂随着氧空位的引入,Nb 结合能增大,说明Nb 原子化学键发生变化,这也验证了氧空位是在Nb O 八面体结构中产生的㊂第6期侯俊峰等:放电等离子烧结制备高致密LiNbO 3陶瓷的研究2193㊀图3㊀LiNbO 3粉体还原处理前㊁后的XPS 谱Fig.3㊀XPS spectra of LiNbO 3powders before and after reduction treatment 为了进一步探明氧空位对LiNbO 3结构的影响,对LiNbO 3粉体进行Raman 光谱表征,结果如图4所示㊂由图4(a)可观察到,LiNbO 3粉体还原后的特征峰位置无明显变化,但呈现较弱的宽化现象㊂在738cm -1附近未出现反位Nb 特征峰,说明粉体中Nb 和Li 的摩尔比仍为化学计量比,700ħ的还原处理未造成Li 元素的缺失㊂对200~400cm -1区段局部放大可以发现,LiNbO 3粉体经还原处理后位于271㊁330cm -1位置处的Raman 峰显著减弱㊂通常认为,小于200cm -1的Raman 峰与Li 离子振动相关,大于200cm -1的Raman 峰与Nb O 八面体的振动相关㊂271cm -1处的Raman 峰与Nb O 八面体的结构畸变有关,即随着氧空位的产生,Nb O 八面体中的部分Nb O 键断裂,产生未配对的电子和氧空位缺陷,导致晶体结构发生畸变,Nb O 八面体振动特征峰发生变化,这和图3分析得出的氧空位产生于Nb O 八面体中的结论一致㊂根据LiNbO 3晶体结构,氧空位缺陷形成的反应式为O o Reduction V ö+2e +12O 2(g)(1)式中:O o 为晶格中的氧;V ö为带两个正电荷的氧空位㊂图4㊀LiNbO 3粉体还原处理前㊁后的Raman 光谱Fig.4㊀Raman spectra of LiNbO 3powders before and after reduction treatment 2.2㊀富氧空位LiNbO 3粉体的致密化过程分析图5为不同温度烧结后LiNbO 3陶瓷的XRD 谱㊂由图5可发现,经SPS 后未出现其他铌酸盐相,仍为单一的LiNbO 3相,衍射峰与标准PDF 卡片85-2456相匹配,说明经过短暂的高温致密化过程未造成Li 元素的明显烧失,也未产生新相㊂图6为LiNbO 3陶瓷的致密化曲线㊂由图6中可得出,随着烧结温度的升高,相对密度呈先增大后减小的趋势㊂烧结温度由700ħ升至800ħ时,LiNbO 3陶瓷的相对密度急剧增大,从76.1%上升到97.38%,随2194㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷后相对密度增加的趋势变缓慢,至900ħ时,相对密度达到最高值98.19%㊂随着烧结温度继续升高,LiNbO 3陶瓷的相对密度出现轻微降低,在1000ħ时降低到97.87%,1100ħ时进一步降低至97.72%㊂图5㊀不同温度烧结后LiNbO 3陶瓷的XRD 谱Fig.5㊀XRD patterns of LiNbO 3ceramics sintered at differenttemperatures 图6㊀LiNbO 3陶瓷的致密化曲线Fig.6㊀Densification curve of LiNbO 3ceramics ㊀㊀图7为不同温度烧结后LiNbO 3陶瓷断面的SEM 照片㊂由图7观察到:烧结温度为700ħ时陶瓷体晶粒细小且呈团聚状态,仅有少量晶粒尺寸超过0.5μm,晶粒间孔隙较大,断面结构疏松;烧结温度为800ħ时陶瓷断面具有明显的沿晶断裂特征,仍以细小晶粒为主,少数晶粒尺寸达到1.0μm,致密度明显增大,但晶粒间孔隙数量较多;烧结温度为900ħ时陶瓷体的晶粒尺寸进一步长大,部分区域出现穿晶断裂现象,孔隙数量变少且大多分布在晶间;烧结温度为1000ħ时晶粒尺寸多数超过2.0μm,晶间孔隙数量变少,晶内孔隙数量明显增多;烧结温度为1100ħ时晶内孔隙数量减少,但尺寸增大㊂在SPS 过程中,由于升温速率高(100ħ/min),LiNbO 3粉末烧结初期致密化速度较快,烧结中后期致密化速度趋于变缓㊂当烧结温度由低温升至目标温度时,粉末颗粒间孔隙在致密化过程中的迁移速率小于晶界扩散速率,导致晶内形成孔隙,且烧结温度越高该现象越明显,因此在1000㊁1100ħ时晶内孔隙数量较多,相对密度较900ħ时降低㊂图7㊀不同温度烧结后LiNbO 3陶瓷的SEM 照片Fig.7㊀SEM images of LiNbO 3ceramics sintered at different temperatures第6期侯俊峰等:放电等离子烧结制备高致密LiNbO 3陶瓷的研究2195㊀LiNbO 3粉体经还原产生一定浓度的氧空位后,在SPS 过程中,这些氧空位作为物质传输通道,有利于O 原子的快速扩散,继而带动Li㊁Nb 原子的迁移,从而促进烧结进程,提高LiNbO 3陶瓷的致密度㊂因此本研究在900ħ烧结且无烧结助剂存在时,LiNbO 3陶瓷的相对密度达到98.19%㊂2.3㊀LiNbO 3陶瓷的退火增氧分析SPS 在真空环境下进行,属于缺氧气氛,制备出的LiNbO 3陶瓷呈黑色,内部存在大量氧空位缺陷,这将影响其介电和压电性能,因此需对其进行增氧处理,以消除氧空位缺陷,使晶格结构趋于正常,且SPS 后的降温阶段低于600ħ不可控,造成陶瓷内部存在热应力,同样需要进行去应力退火处理㊂图8为空气气氛中经800ħ保温24h 退火增氧处理后的LiNbO 3陶瓷微观形貌和结构分析图㊂由图8(a)可观察到,退火增氧处理过程相当于对LiNbO 3陶瓷进行热腐蚀,晶界明晰可见,大部分晶粒尺寸小于2μm,有少数3~5μm 的大晶粒,经排水法测量计算得出LiNbO 3陶瓷相对密度为98.32%,与退火增氧处理前相当,说明800ħ长时间保温后陶瓷密度无明显变化㊂图8(b)为退火增氧处理后LiNbO 3陶瓷的XRD 谱,可以看出陶瓷退火处理后未出现杂峰和其他铌酸盐相,仍为单一相的LiNbO 3相,说明退火增氧过程并未改变陶瓷的物相结构㊂为检测退火增氧后LiNbO 3陶瓷中是否存在氧空位,对陶瓷进行EPR 分析,结果如图8(c)所示,g 因子在2.0附近无明显特征信号,说明LiNbO 3陶瓷经退火增氧处理后无氧空位缺陷,粉体经还原引入的氧空位基本被消除,陶瓷恢复到正常晶格结构,颜色由黑色转变为白色,如图9所示㊂图8㊀LiNbO 3陶瓷的SEM 照片㊁XRD 谱和EPR 谱Fig.8㊀SEM image,XRD pattern and EPR pattern of LiNbO 3ceramics 图9㊀LiNbO 3陶瓷退火增氧处理前㊁后的照片Fig.9㊀Photographs of LiNbO 3ceramics before and after annealing and oxygen increasing treatment 3㊀结㊀论1)经还原处理可获得富含氧空位缺陷的LiNbO 3粉末,粉末由白色转变为深灰色,Nb O 八面体中O 原子脱除形成氧空位,使晶格发生畸变,导致晶格常数变小㊂2)富氧空位的LiNbO 3粉末经SPS 后为单一的LiNbO 3相,在900ħ烧结20min 后获得相对密度为2196㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷98.19%的黑色LiNbO3陶瓷㊂3)黑色LiNbO3陶瓷经800ħ保温24h的退火增氧处理后,陶瓷中的氧空位缺陷被消除,制备出相对密度为98.32%的白色LiNbO3陶瓷㊂参考文献[1]㊀ZHANG Y M,LIANG G C,TANG S L,et al.Phase-transition induced optimization of electrostrain,electrocaloric refrigeration and energystorage of LiNbO3doped BNT-BT ceramics[J].Ceramics International,2020,46(2):1343-1351.[2]㊀SUMETS M,BELONOGOV E,IEVLEV V,et 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Materials,2004,35(4):477-479+482(in Chinese).[12]㊀张晓燕,倪㊀波,齐西伟,等.(1-x)LiNbO3-x BiAlO3(x=0~0.7)陶瓷的制备及性能[J].稀有金属材料与工程,2015,44(增刊1):85-88.ZHANG X Y,NI B,QI X W,et al.Preparation and properties of(1-x)LiNbO3-x BiAlO3(x=0~0.7)ceramics[J].Rare Metal Materials and Engineering,2015,44(supplement1):85-88(in Chinese).[13]㊀NIBOU L,MANIER M,MERCURIO J P.LiNbO3-based piezoelectric ceramics prepared from sol-gel derived powders[J].Annales De ChimieScience Des Matériaux,1998,23(1/2):135-138.[14]㊀KOYAMA C,NOZAWA J,FUJIWARA K,et al.Effect of point defects on Curie temperature of lithium niobate[J].Journal of the AmericanCeramic Society,2017,100(3):1118-1124.[15]㊀FAKHRI M A,SALIM E T,WAHID M H A,et al.Heat treatment assisted-spin coating for LiNbO3films preparation:their physical properties[J].Journal of Physics and Chemistry of Solids,2019,131:180-188.。

《放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备及性能研究》一、引言随着科技的不断进步，陶瓷材料因其独特的物理和化学性质在众多领域得到了广泛应用。

其中，氧化锆陶瓷因其高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性和生物相容性等特点，在医疗、电子、机械等领域具有广泛的应用前景。

放电等离子烧结技术作为一种新型的陶瓷制备技术，其独特的烧结方式和高效的能量利用率，使得制备高质量的氧化锆陶瓷成为可能。

本文旨在研究放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备过程及其性能表现。

二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是一种新型的陶瓷材料烧结技术。

该技术利用脉冲电流在压制样品上产生放电现象，使粉末颗粒在短时间内达到烧结所需的温度，从而完成陶瓷材料的烧结过程。

SPS技术具有加热速度快、烧结温度低、能量利用率高等优点，因此被广泛应用于各种陶瓷材料的制备。

三、放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备（一）实验材料实验主要采用高纯度氧化锆粉末作为原料，同时选用适当的添加剂以提高材料的性能。

（二）实验设备实验设备主要包括放电等离子烧结炉、粉末压机等。

（三）制备过程1. 将氧化锆粉末与添加剂混合均匀，然后进行压制成型。

2. 将压制好的样品放入放电等离子烧结炉中，设置适当的烧结参数。

3. 启动烧结程序，进行放电等离子烧结。

4. 烧结完成后，取出样品进行性能测试。

四、性能研究（一）密度与微观结构通过扫描电子显微镜（SEM）观察烧结后样品的微观结构，发现SPS技术制备的氧化锆陶瓷具有致密的微观结构和良好的晶粒连接。

此外，样品的密度也较高，表明SPS技术可以有效地提高氧化锆陶瓷的致密度。

（二）力学性能对样品进行硬度、抗压强度等力学性能测试，发现SPS技术制备的氧化锆陶瓷具有较高的硬度值和抗压强度，表明其具有良好的力学性能。

（三）耐腐蚀性对样品进行耐腐蚀性测试，发现在不同的腐蚀环境中，SPS 技术制备的氧化锆陶瓷均表现出良好的耐腐蚀性，具有较高的化学稳定性。

《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言随着科技的发展，复合材料在工业领域的应用越来越广泛。

其中，MAX-cBN（以MAX相和立方氮化硼为主要成分的复合材料）因其独特的物理和化学性质，在切削工具、耐磨材料、高温超导等领域具有广泛的应用前景。

制备高质量的MAX-cBN复合材料成为了研究热点。

其中，放电等离子烧结技术以其高效、低能耗和环保的优点被广泛运用于复合材料的制备中。

本文旨在研究放电等离子烧结技术在制备MAX-cBN复合材料中的应用及效果。

二、放电等离子烧结技术简介放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种新型的材料制备技术。

其基本原理是利用脉冲电流在颗粒间产生放电等离子体，利用该等离子的高热能来实现材料的高效烧结。

相比于传统的烧结技术，SPS具有更高的烧结速度、更低的能耗、更好的微观结构和更大的密度等优点。

三、MAX-cBN复合材料的制备本部分将详细介绍如何利用放电等离子烧结技术制备MAX-cBN复合材料。

1. 材料选择与预处理：选择高质量的MAX相和cBN粉末作为原料，进行必要的预处理如干燥、混合等，以保证后续的烧结过程。

2. 装料与烧结：将预处理后的原料装入放电等离子烧结设备中，设定适当的烧结参数如温度、压力、电流等，进行烧结。

3. 后续处理：烧结完成后，对样品进行必要的后续处理如冷却、清洗等。

四、实验结果与分析本部分将详细展示放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料的结果，并进行详细的分析。

1. 微观结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段对样品的微观结构进行分析，观察其晶粒形态、大小及分布等。

2. 性能测试：对样品的硬度、强度、耐磨性等性能进行测试，分析其性能与微观结构的关系。

3. 结果讨论：结合实验结果和前人研究，讨论放电等离子烧结技术在制备MAX-cBN复合材料中的应用效果及优势。

五、结论通过本文的研究，我们可以得出以下结论：1. 放电等离子烧结技术可以有效地制备出高质量的MAX-cBN复合材料，其微观结构和性能均达到较高水平。

《放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备及性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，陶瓷材料在许多领域中的应用日益广泛。

其中，氧化锆陶瓷因其独特的物理和化学性质，在电子、医疗、机械等领域中具有广泛的应用前景。

放电等离子烧结技术作为一种新型的陶瓷制备技术，具有烧结温度低、烧结时间短、产品性能优异等优点，因此被广泛应用于氧化锆陶瓷的制备。

本文将重点研究放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备过程及其性能表现。

二、制备方法放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备过程主要包括原料准备、混合、成型、放电等离子烧结等步骤。

1. 原料准备：选用高纯度的氧化锆粉末作为原料，经过筛选、研磨等处理，以获得粒度均匀的粉末。

2. 混合：将氧化锆粉末与适量的添加剂进行混合，以提高其烧结性能。

3. 成型：将混合后的粉末进行压制成型，获得所需形状的坯体。

4. 放电等离子烧结：将成型后的坯体放入烧结炉中，在放电等离子环境下进行烧结。

烧结过程中，通过控制温度、压力、气氛等参数，使氧化锆粉末在较低的温度下完成致密化过程。

三、性能研究放电等离子烧结氧化锆陶瓷的性能表现主要从以下几个方面进行研究：1. 密度与孔隙率：通过测量氧化锆陶瓷的密度和孔隙率，可以了解其致密程度和内部结构。

放电等离子烧结技术可以在较低的温度下实现致密化，从而获得高密度的氧化锆陶瓷。

2. 力学性能：包括硬度、抗弯强度、抗压强度等。

放电等离子烧结技术制备的氧化锆陶瓷具有优异的力学性能，可满足不同领域的应用需求。

3. 光学性能：氧化锆陶瓷具有优异的光学透过性，其在光学领域的应用日益广泛。

通过研究放电等离子烧结技术对氧化锆陶瓷光学性能的影响，可以为其在光学领域的应用提供理论依据。

4. 热稳定性：通过测量氧化锆陶瓷在不同温度下的性能变化，可以评估其热稳定性。

放电等离子烧结技术制备的氧化锆陶瓷具有良好的热稳定性，可在高温环境下保持优异的性能。

5. 微观结构与相组成：通过扫描电镜、X射线衍射等手段，观察放电等离子烧结氧化锆陶瓷的微观结构和相组成。

《放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备及性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，陶瓷材料因其独特的物理和化学性质在众多领域得到了广泛应用。

其中，氧化锆陶瓷因其高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性和生物相容性等特点，在医疗、电子、机械等领域具有广泛的应用前景。

放电等离子烧结技术作为一种新型的陶瓷制备技术，具有烧结温度低、时间短、制备效率高等优点。

因此，本研究旨在通过放电等离子烧结技术制备氧化锆陶瓷，并对其性能进行深入研究。

二、放电等离子烧结技术及其应用放电等离子烧结技术是一种新型的陶瓷制备技术，其基本原理是利用脉冲电流在粉末颗粒间产生放电等离子体，使粉末颗粒在高温下快速烧结。

该技术具有烧结温度低、时间短、制备效率高、材料性能优异等优点。

在陶瓷制备领域，放电等离子烧结技术已广泛应用于制备各种高性能陶瓷材料。

三、氧化锆陶瓷的制备1. 材料选择与准备：选择高质量的氧化锆粉末作为原料，并进行必要的预处理，如干燥、过筛等。

2. 压制成型：将预处理后的氧化锆粉末放入模具中，施加一定的压力使其成型。

3. 放电等离子烧结：将成型后的样品放入放电等离子烧结设备中，设定合适的烧结温度、压力和时间等参数，进行烧结。

4. 后处理：烧结完成后，对样品进行必要的后处理，如退火、抛光等。

四、氧化锆陶瓷的性能研究1. 密度与气孔率：通过阿基米德排水法测定样品的密度和气孔率，评价样品的致密程度。

2. 硬度与耐磨性：通过维氏硬度计和磨损试验机测试样品的硬度和耐磨性，评价样品的力学性能。

3. 抗弯强度与断裂韧性：通过三点弯曲法和压痕法测试样品的抗弯强度和断裂韧性，评价样品的抗断裂性能。

4. 生物相容性：通过细胞毒性试验和动物植入试验评价样品的生物相容性，为其在医疗领域的应用提供依据。

五、结果与讨论1. 密度与气孔率：实验结果显示，通过放电等离子烧结技术制备的氧化锆陶瓷具有较高的密度和较低的气孔率，表明样品具有较好的致密程度。

2. 硬度与耐磨性：实验结果表明，氧化锆陶瓷具有较高的硬度和良好的耐磨性，使其在机械、电子等领域具有广泛的应用前景。

《放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备及性能研究》篇一一、引言近年来，氧化锆陶瓷由于其优良的机械性能、高耐温性能及化学稳定性在多个领域得到广泛应用。

其中，放电等离子烧结技术因其具有烧结时间短、产品性能优越等特点，已广泛应用于陶瓷材料制备中。

本论文着重探讨了放电等离子烧结氧化锆陶瓷的制备过程及其性能研究，为进一步优化工艺、提高产品质量提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料准备本实验选用高纯度氧化锆粉末作为原料，经过球磨、干燥、过筛等工艺处理，得到均匀、细小的粉末。

2. 制备方法采用放电等离子烧结技术制备氧化锆陶瓷。

首先将氧化锆粉末进行压制成型，然后在特定的温度和压力下进行放电等离子烧结。

3. 性能测试对烧结后的氧化锆陶瓷进行密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性等性能测试，以评估其综合性能。

三、制备过程及影响因素1. 压制成型将氧化锆粉末进行压制成型，控制压力和模具温度，以保证成型后的坯体密度均匀。

2. 放电等离子烧结在放电等离子烧结过程中，温度、压力和时间等参数对最终产品的性能具有重要影响。

适当的烧结温度可以促进晶粒生长，提高产品密度；而压力和时间则影响产品的致密性和晶粒分布。

此外，气氛环境也对烧结过程和产品性能具有重要影响。

四、性能研究及结果分析1. 密度与硬度通过放电等离子烧结制备的氧化锆陶瓷具有较高的密度和硬度。

随着烧结温度的升高和时间的延长，产品密度逐渐提高，硬度也随之增加。

2. 抗弯强度与断裂韧性放电等离子烧结制备的氧化锆陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧性。

这主要得益于烧结过程中晶粒的生长和致密化的提高。

此外，适当的压力也有助于提高产品的抗弯强度。

3. 显微结构与性能关系通过扫描电子显微镜观察发现，放电等离子烧结制备的氧化锆陶瓷具有均匀的晶粒分布和致密的显微结构。

这种结构有利于提高产品的硬度、抗弯强度和断裂韧性等性能。

此外，气氛环境对晶粒的生长和显微结构也有重要影响。

五、结论与展望本研究采用放电等离子烧结技术成功制备了具有优良性能的氧化锆陶瓷。