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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高纯Ti3AlC2及固溶强化》篇一一、引言近年来，Ti3AlC2作为一种新型的三元层状陶瓷材料，其独特的高温性能、优良的电导率及物理性质受到了众多领域的高度关注。
随着科技的进步，高纯度Ti3AlC2的制备技术已成为科研与工业生产的关键问题。
其中，放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering, SPS）因其独特的优势在制备高纯度材料方面具有广阔的应用前景。
本文旨在探讨放电等离子烧结制备高纯Ti3AlC2及其固溶强化技术的相关研究。
二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结技术是一种新型的快速烧结技术，其利用脉冲电流在烧结过程中产生的等离子体放电效应，使粉末颗粒表面迅速加热并实现致密化。
该技术具有烧结时间短、温度梯度小、材料致密化程度高等优点，适用于制备高性能的陶瓷材料。
三、高纯Ti3AlC2的制备采用放电等离子烧结技术制备高纯Ti3AlC2的关键在于优化工艺参数，如烧结温度、压力和时间等。
通过前期试验，我们发现，在适当的温度下（如约1000°C），利用适当的压力（如约50MPa）进行较短的烧结时间（如1-2小时），可以得到高质量的Ti3AlC2。
在制备过程中，我们需确保原材料的纯度及比例的精确性，保证在热压烧结过程中无其他杂质产生。
四、固溶强化技术的应用固溶强化是一种通过引入其他元素或离子来提高材料性能的方法。
在Ti3AlC2中引入适量的其他元素，如Fe、Si等，可以显著提高其硬度、强度和耐腐蚀性等性能。
我们通过精确控制引入元素的种类和含量，利用放电等离子烧结技术实现了固溶强化的效果。
五、实验结果与讨论通过实验，我们成功制备了高纯度的Ti3AlC2材料，并对其进行了固溶强化处理。
XRD分析显示，制得的Ti3AlC2晶体结构清晰、晶格稳定。
此外，扫描电镜观察表明材料致密均匀，颗粒分布合理。
通过对不同比例元素固溶强化的比较实验发现，适当含量的Fe或Si可以显著提高材料的硬度及强度。
放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结技术是一种利用放电等离子体瞬间高温作用，将微米尺寸的粒子连结成块状材料的先进烧结工艺。
该技术可应用于金属、陶瓷和高分子材料的制备，广泛应用于航空航天、汽车工业、电子器件等领域。
原理放电等离子烧结技术主要依靠高能电子束、激光束或电弧产生的等离子体，对粉末进行加热、熔化、溶胶-凝胶相变及凝固等过程。
其主要步骤包括放电等离子体生成、能量传递、粉末加热和冷却固化。
1.放电等离子体生成：通过施加电弧、电子束或激光束，将电能转化为热能，形成高电离度的等离子体。
此过程会产生高温和高压的环境，使粉末表面瞬间熔化。
2.能量传递：放电等离子体中的高能电子、电荷、能量和动量会在粉末中传递。
高能电子的轰击使粉末中的原子、分子发生能级跃迁，从而引发化学反应、电子交换和原子结构的变化。
这些能量和动量的传递是改变粉末性质、形成块状材料的关键。
3.粉末加热：放电等离子体释放的能量使粉末中的粒子加热，粒子间的距离减小，表面融化形成胶体。
同时，粉末中的化学反应使胶体具有一定的粘结力，使粉末颗粒开始结合。
4.冷却固化：当放电停止时，粉末开始冷却。
冷却过程中，胶体迅速凝固，形成粒子间的连接。
这些连接在冷却固化后形成比较牢固的固结区，从而构成块状材料。
优点和应用放电等离子烧结技术具有以下优点：•高效性：放电等离子体的高能量传输和快速冷却固化过程，使得烧结时间大大缩短，提高了生产效率。
•成型性：该技术可实现复杂形状、高密度、均匀结合的材料制备，满足不同行业的需求。
•可控性：通过调整放电参数和粉末性质，可以控制物质的相变过程和烧结结构，达到所需的性能要求。
•应用广泛：放电等离子烧结技术可应用于制备各种材料，包括金属、陶瓷和高分子材料。
在航空航天、汽车工业、电子器件等领域有着广泛应用。
发展趋势放电等离子烧结技术在材料科学和工程领域的研究和应用仍在不断发展。
未来的发展趋势有：1.新材料研究：随着新材料的涌现，放电等离子烧结技术将继续为新材料的研发和制备提供有力的手段。
《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发挥着越来越重要的作用。
其中，MAX-cBN（MAX相与立方氮化硼）复合材料以其独特的物理和化学性质，在高温、高强度、高硬度等应用场景中表现出色。
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，并探讨其制备过程、性能及潜在的应用前景。
二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种新型的固相烧结技术。
其原理是在特定压力和真空或非氧化性气氛条件下，通过通电放电产生等离子体环境，实现快速烧结的目的。
此技术因其独特的高效性、环保性和适用性广泛等优点，已被广泛应用于金属、陶瓷等复合材料的制备中。
三、MAX-cBN复合材料的制备1. 材料选择与配比：选择合适的MAX相和cBN原料，根据所需的性能要求确定其配比。
2. 混合与预处理：将选定的原料进行充分混合，并采用适当的预处理方法如球磨、压制等，以改善原料的颗粒度和分散性。
3. 放电等离子烧结：将预处理后的原料放入SPS设备中，在特定压力和气氛条件下进行烧结。
通过控制烧结温度、时间和压力等参数，实现MAX相与cBN的紧密结合。
四、MAX-cBN复合材料的性能研究1. 微观结构分析：通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段，观察MAX-cBN复合材料的微观结构，分析其相组成和颗粒分布。
2. 力学性能测试：对制备的MAX-cBN复合材料进行硬度、抗弯强度等力学性能测试，评估其性能表现。
3. 热稳定性与化学稳定性分析：通过高温氧化实验、酸碱腐蚀实验等方法，研究MAX-cBN复合材料的热稳定性和化学稳定性。
五、应用前景与展望MAX-cBN复合材料因其独特的物理和化学性质，在高温、高强度、高硬度等应用场景中具有广阔的应用前景。
例如，可应用于航空航天、汽车制造、精密加工等领域。
未来，随着科技的发展和工艺的改进，放电等离子烧结技术将在制备MAX-cBN复合材料中发挥更大的作用，为各领域的应用提供更优质的材料。
赛琅泰克放电等离子烧结赛琅泰克（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是一种先进的烧结工艺，可用于制备高性能陶瓷、金属和复合材料。
它利用了等离子体效应和放电现象，通过高电流和高压电场的作用，实现了快速、均匀、高效的烧结过程。
本文将详细介绍赛琅泰克的工作原理、优势和应用领域。
一、工作原理赛琅泰克烧结是一种非常特殊的烧结方法，它利用了电热效应和等离子体效应。
首先，需要将待烧结的粉末样品放置在石墨模具中，并施加适当的压力。
然后，通过两个电极施加高压电场，形成强大的电流通过样品。
在电流通过的同时，电极之间会产生放电，形成高温等离子体，从而使样品迅速升温。
最后，在高温和高压的作用下，样品的粒子发生固相扩散和塑性形变，从而实现烧结。
二、优势赛琅泰克烧结相比传统的烧结方法具有许多优势。
首先，由于烧结过程中使用了高温和高压电场，因此可以显著缩短烧结时间，提高烧结效率。
其次，赛琅泰克烧结可以实现样品的快速均匀加热，避免了传统烧结中的温度梯度和热应力问题，从而提高了材料的致密性和力学性能。
此外，由于烧结过程中样品没有接触到气氛，因此可以避免氧化和污染，得到高纯度的材料。
最后，赛琅泰克烧结还具有较低的能耗和环境污染，符合可持续发展的要求。
三、应用领域赛琅泰克烧结在材料科学领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于制备高性能的陶瓷材料，如氧化物陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷等。
这些陶瓷材料具有优异的耐热、耐磨和绝缘性能，广泛应用于航空航天、能源和电子等领域。
其次，赛琅泰克烧结还可以用于制备金属材料，如钛合金、镍基高温合金和不锈钢等。
这些金属材料具有高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性能，广泛应用于汽车、船舶和医疗器械等领域。
此外，赛琅泰克烧结还可以制备复合材料，如陶瓷基复合材料和金属基复合材料等，用于制备高性能的结构材料和功能材料。
赛琅泰克烧结是一种先进的烧结工艺，通过电热效应和等离子体效应实现材料的快速、均匀、高效烧结。
《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。
《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。
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越性。
二、放电等离子烧结技术放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）是一种新型的烧结技术，其原理是利用脉冲电流在颗粒间产生放电等离子体，从而实现材料的快速致密化。
SPS技术具有烧结温度低、烧结时间短、材料致密性好等优点，因此在制备复合材料方面具有广泛的应用。
三、MAX-cBN复合材料的制备MAX-cBN复合材料的制备主要采用放电等离子烧结技术。
首先，将MAX相和cBN粉末按照一定比例混合，然后在一定的温度和压力下进行烧结。
在烧结过程中，通过控制电流的大小和频率，使颗粒间产生放电等离子体，从而实现材料的快速致密化。
四、MAX-cBN复合材料的性能MAX-cBN复合材料具有优异的物理和化学性能。
其硬度高、耐磨性好、热稳定性强，且具有良好的导电性和导热性。
此外，MAX-cBN复合材料还具有优异的力学性能，如高强度、高韧性等。
这些性能使得MAX-cBN复合材料在切削工具、耐磨材料、高温超导等领域具有广泛的应用前景。
五、放电等离子烧结技术的优势放电等离子烧结技术制备MAX-cBN复合材料具有以下优势：1. 烧结温度低：相比传统烧结技术，SPS技术可以在较低的温度下实现材料的致密化，有利于保护材料的性能。
2. 烧结时间短：SPS技术可以在短时间内完成烧结过程，提高了生产效率。
3. 材料致密性好：SPS技术通过脉冲电流在颗粒间产生放电等离子体，使材料实现快速致密化，提高了材料的致密性和性能。
4. 易于控制：SPS技术的电流和频率等参数易于控制，可以实现材料的精确制备。
放电等离子烧结技术的发展和应用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(ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａＳｉｎｔｅｒｉｎｇ,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应用。
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]。
国内近三年也开展了用ＳＰＳ技术制备新材料的研究工作[1,3],引进了数台ＳＰＳ烧结系统,主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料[5～8]。
ＳＰＳ作为一种材料制备的全新技术,已引起了国内外的广泛重视。
3ＳＰＳ的烧结原理31等离子体和等离子加工技术[9,10]ＳＰＳ是利用放电等离子体进行烧结的。
等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物质状态,是除固态、液态和气态以外,物质的第四种状态。
等离子体是电离气体,由大量正负带电粒子和中性粒子组成,并表现出集体行为的一种准中性气体。
等离子体是解离的高温导电气体,可提供反应活性高的状态。
等离子体温度4000～10999℃,其气态分子和原子处在高度活化状态,而且等离子气体内离子化程度很高,这些性质使得等离子体成为一种非常重要的材料制备和加工技术。
等离子体加工技术已得到较多的应用,例如等离子体ＣＶＤ、低温等离子体ＰＶＤ以及等离子体和离子束刻蚀等。
目前等离子体多用于氧化物涂层、等离子刻蚀方面,在制备高纯碳化物和氮化物粉体上也有一定应用。
而等离子体的另一个很有潜力的应用领域是在陶瓷材料的烧结方面[1]。
产生等离子体的方法包括加热、放电和光激励等。
放电产生的等离子体包括直流放电、射频放电和微波放电等离子体。
ＳＰＳ利用的是直流放电等离子体。
32ＳＰＳ装置和烧结基本原理ＳＰＳ装置主要包括以下几个部分:轴向压力装置;水冷冲头电极;真空腔体;气氛控制系统(真空、氩气);直流脉冲电源及冷却水、位移测量、温度测量和安全等控制单元。
ＳＰＳ的基本结构如图1所示。
ＳＰＳ与热压(ＨＰ)有相似之处,但加热方式完全不同,它是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。
通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用[11]。
ＳＰＳ烧结时脉冲电流通过粉末颗粒如图2所示。
在ＳＰＳ烧结过程中,电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体,使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。
与自身加热反应合成法(ＳＨＳ)和微波烧结法类似,ＳＰＳ是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。
这种放电直接加热法,热效率极高,放电点的弥散分布能够实现均匀加热,因而容易制备出均质、致密、高质量的烧结体。
ＳＰＳ烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。
除加热和加压这两个促进烧结的因素外,在ＳＰＳ技术中,颗粒间的有效放电可产生局部高温,可以使表面局部熔化、表面物质剥落;高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去除表层氧化物等)和吸附的气体。
电场的作用是加快扩散过程[1,9,12]。
4ＳＰＳ的工艺优势ＳＰＳ的工艺优势十分明显:加热均匀,升温速度快,烧结温度低,烧结时间短,生产效率高,产品组织细小均匀,能保持原材料的自然状态,可以得到高致密度的材料,可以烧结梯度材料以及复杂工件等[3,11]。
与ＨＰ和ＨＩＰ相比,ＳＰＳ装置操作简单、不需要专门的熟练技术。
文献[11]报道,生产一块直径100ｍｍ、厚17ｍｍ的ＺｒＯ2(3Ｙ)/不锈钢梯度材料(ＦＧＭ)用的总时间是58ｍｉｎ,其中升温时间28ｍｉｎ、保温时间5ｍｉｎ和冷却时间25ｍｉｎ。
与ＨＰ相比,ＳＰＳ技术的烧结温度可降低100～200℃[13]。
5ＳＰＳ在材料制备中的应用目前在国外,尤其在日本开展了较多用ＳＰＳ制备新材料的研究,部分产品已投入生产。
ＳＰＳ可加工的材料种类如表1所示。
除了制备材料外,ＳＰＳ还可进行材料连接,如连接ＭｏＳｉ2与石墨[14],ＺｒＯ2/Ｃｅｒｍｅｔ/Ｎｉ等[15]。
近几年,国内外用ＳＰＳ制备新材料的研究主要集中在:陶瓷、金属陶瓷、金属间化合物,复合材料纳米材料和功能材料等方面。
其中研究最多的是功能材料,它包括热电材料[16]、磁性材料[17],功能梯度材料[18],复合功能材料[19]和纳米功能材料[20]等。
对ＳＰＳ制备非晶合金、形状记忆合金[21]、金刚石等也作了尝试,取得了较好的结果。
51功能梯度材料功能梯度材料(ＦＧＭ)的成分是梯度变化的,各层的烧结温度不同,利用传统的烧结方法难以一次烧成。
利用ＣＶＤ、ＰＶＤ等方法制备梯度材料,成本很高,也很难实现工业化。
采用阶梯状的石墨模具,由于模具上、下两端的电流密度不同,因此可以产生温度梯度。
利用ＳＰＳ在石墨模具中产生的梯度温度场,只需要几分钟就可烧结好成分配比不同的梯度材料。
目前ＳＰＳ成功制备的梯度材料有:不锈钢/ＺｒＯ2;Ｎｉ/ＺｒＯ2;Ａｌ/高聚物;Ａｌ/植物纤维;ＰＳＺ/Ｔｉ等梯度材料。
在自蔓延燃烧合成(ＳＨＳ)中,电场具有较大激活效应和作用,特别是场激活效应可以使以前不能合成的材料也能成功合成,扩大了成分范围,并能控制相的成分,不过得到的是多孔材料,还需要进一步加工提高致密度。
利用类似于ＳＨＳ电场激活作用的ＳＰＳ技术,对陶瓷、复合材料和梯度材料的合成和致密化同时进行,可得到65ｎｍ的纳米晶,比ＳＨＳ少了一道致密化工序[22]。
利用ＳＰＳ可制备大尺寸的ＦＧＭ,目前ＳＰＳ制备的尺寸较大的ＦＧＭ体系是ＺｒＯ2(3Ｙ)/不锈钢圆盘,尺寸已达到100ｍｍ×17ｍｍ[23]。
用普通烧结和热压ＷＣ粉末时必须加入添加剂,而ＳＰＳ使烧结纯ＷＣ成为可能。
用ＳＰＳ制备的ＷＣ/Ｍｏ梯度材料的维氏硬度(ＨＶ)和断裂韧度分别达到了24ＧＰａ和6ＭＰａ·ｍ1/2,大大减轻由于ＷＣ和Ｍｏ的热膨胀不匹配而导致热应力引起的开裂[24]。
52热电材料由于热电转换的高可靠性、无污染等特点,最近热电转换器引起了人们极大的兴趣,并研究了许多热电转换材料。
经文献检索发现,在ＳＰＳ制备功能材料的研究中,对热电材料的研究较多。
(1)热电材料的成分梯度化是目前提高热电效率的有效途径之一。
例如,成分梯度的βＦｅＳｉ2就是一种比较有前途的热电材料,可用于200～900℃之间进行热电转换。
βＦｅＳｉ2没有毒性,在空气中有很好的抗氧化性,并且有较高的电导率和热电功率。
热电材料的品质因数越高(Ｚ=α2/ｋρ,其中Ｚ是品质因数,α为Ｓｅｅｂｅｃｋ系数,ｋ为导热系数,ρ为材料的电阻率),其热电转换效率也越高。
实验表明,采用ＳＰＳ制备的成分梯度的βＦｅＳｉｘ(Ｓｉ含量可变),比βＦｅＳｉ2的热电性能大为提高[25]。
这方面的例子还有Ｃｕ/Ａｌ2Ｏ3/Ｃｕ[26],ＭｇＦｅＳｉ2[27],βＺｎ4Ｓｂ3[28],钨硅化物[29]等。
(2)用于热电致冷的传统半导体材料不仅强度和耐久性差,而且主要采用单向生长法制备,生产周期长、成本高。
近年来有些厂家为了解决这个问题,采用烧结法生产半导体致冷材料,虽改善了机械强度和提高了材料使用率,但是热电性能远远达不到单晶半导体的性能。
现在采用ＳＰＳ生产半导体致冷材料,在几分钟内就可制备出完整的半导体材料,而晶体生长法却要十几个小时。
ＳＰＳ制备半导体热电材料的优点是,可直接加工成圆片,不需要单向生长法那样的切割加工,节约了材料,提高了生产效率。
热压和冷压-烧结的半导体性能低于晶体生长法制备的性能。
现用于热电致冷的半导体材料的主要成分是Ｂｉ,Ｓｂ,Ｔｅ和Ｓｅ,目前最高的Ｚ值为30×10-3/Ｋ,而用ＳＰＳ制备的热电半导体的Ｚ值已达到29～30×10-3/Ｋ,几乎等于单晶半导体的性能[30]。
表2是ＳＰＳ和其它方法生产ＢｉＴｅ材料的比较。
53铁电材料用ＳＰＳ烧结铁电陶瓷ＰｂＴｉＯ3时,在900℃～1000℃下烧结1～3ｍｉｎ,烧结后平均颗粒尺寸<1μｍ,相对密度超过98%。
由于陶瓷中孔洞较少[31],因此在101～106Ｈｚ之间介电常数基本不随频率而变化。
用ＳＰＳ制备铁电材料Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12陶瓷时,在烧结体晶粒伸长和粗化的同时,陶瓷迅速致密化。
用ＳＰＳ容易得到晶粒取向度好的试样,可观察到晶粒择优取向的Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12陶瓷的电性能有强烈的各向异性[32]。
用ＳＰＳ在900℃烧结制备的ＢａＴｉＯ3陶瓷,其晶粒尺寸接近200ｎｍ[33]。
用ＳＰＳ制备铁电Ｌｉ置换ＩＩＶＩ半导体ＺｎＯ陶瓷,使铁电相变温度Ｔｃ提高到470Ｋ,而以前冷压烧结陶瓷只有330Ｋ[34]。
54磁性材料用ＳＰＳ烧结ＮｄＦｅＢ磁性合金,若在较高温度下烧结,可以得到高的致密度,但烧结温度过高会导致出现α相和晶粒长大,磁性能恶化。
若在较低温度下烧结,虽能保持良好的磁性能,但粉末却不能被完全压实,因此要详细研究密度与性能的关系[35]。
ＳＰＳ在烧结磁性材料时具有烧结温度低、保温时间短的工艺优点。
ＮｄＦｅＣｏＶＢ在650℃下保温5ｍｉｎ,即可烧结成接近完全密实的块状磁体,没有发现晶粒长大[36]。
用ＳＰＳ制备的865Ｆｅ6Ｓｉ4Ａｌ35Ｎｉ和ＭｇＦｅ2Ｏ4的复合材料(850℃,130ＭＰａ),具有高的饱和磁化强度Ｂｓ=12Ｔ和高的电阻率ρ=1×10-2Ω·ｍ[37]。
以前用快速凝固法制备的软磁合金薄带,虽已达到几十纳米的细小晶粒组织,但是不能制备成合金块体,应用受到限制。
而现在采用ＳＰＳ制备的块体磁性合金的磁性能已达到非晶和纳米晶组织带材的软磁性能[3]。
