第一次作业热压烧结
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复合材料热压烧结法特点复合材料热压烧结法呀,那可真是个很有趣的方法呢。
热压烧结法在处理复合材料的时候,它有个特别酷的特点,就是能够让材料变得超级紧密。
就像把一群调皮的小颗粒一个个紧紧地拉在一起,让它们团结得像一个大家庭一样。
这种紧密性使得复合材料的密度能够大大提高,密度一高呀,很多性能就跟着变好啦,比如说强度,就像给材料注入了一股强大的力量,让它变得更加坚固耐用。
还有哦,这个方法对复合材料的形状控制那叫一个厉害。
就好比是一个超级有耐心的雕塑家,想让材料变成什么形状就能变成什么形状。
不管是简单的方块,还是复杂的曲线形状,热压烧结法都能轻松搞定。
这可给很多需要特殊形状材料的应用带来了极大的方便呢。
热压烧结法在处理复合材料的时候,还特别擅长让不同的材料均匀地混合在一起。
就像把各种颜色的彩笔放在一起搅拌,最后出来的颜色均匀又好看。
它能让复合材料中的各种成分均匀分布,这样材料整体的性能就更加稳定和可靠啦。
而且呀,这种方法相对来说效率还挺高的呢。
它不需要特别复杂的设备和超级漫长的等待时间。
就像一个麻利的小工匠,很快就能把复合材料加工好。
这在工业生产当中可是非常重要的,能节省很多成本,让产品更快地走向市场。
另外呢,热压烧结法处理后的复合材料,它的内部结构会变得很规整。
就像把一团乱糟糟的毛线梳理得整整齐齐的。
这种规整的内部结构对于材料的电学性能、热学性能等都会有很好的改善作用。
比如说电学性能方面,能让电流在材料中跑得更顺畅,就像给电流修了一条平坦的大道一样。
热压烧结法真的是一个很棒的处理复合材料的方法,有着各种各样让人惊喜的特点呢。
热压烧结的操作步骤及应用热压烧结是一种常见的粉末冶金工艺,用于制造高强度、高硬度、高精度的金属部件和陶瓷制品。
下面将详细介绍热压烧结的操作步骤和应用。
一、热压烧结的操作步骤:1. 原料制备:首先根据所需产品的要求,选择合适的原料,通常为粉末形式。
然后将原料进行混合、研磨,以获得均匀细小的粉末颗粒。
2. 填充模具:将混合好的粉末填充到特制的模具中。
模具的形状和尺寸应与最终产品一致。
3. 预压:将填充好的模具放置在预压装置中,在适当的压力下进行预压。
预压可以使粉末颗粒更加紧密地接触,并形成初步的形状。
4. 烧结:将经过预压的模具转移到烧结炉中,进行高温烧结。
烧结过程主要包括两个阶段:除气和烧结。
- 除气:在烧结开始前,需要将模具中的气体排除,以避免气体对烧结过程的干扰。
通常会在低温下进行除气处理,如较高压力下的真空处理或气氛控制下的气体排放。
- 烧结:将除气后的模具加热到适当的温度,使粉末颗粒发生相互结合和扩散,形成致密的固体。
烧结温度、时间和气氛的选择取决于所用材料和所需产品的特性。
5. 冷却:在烧结结束后,将模具从炉中取出,进行自然冷却或采用其他冷却方式。
冷却过程中,要注意避免产品出现热应力导致的开裂。
6. 除模:将烧结后的成品从模具中取出。
通常需要经过机械加工或其他后续处理步骤,以满足最终产品的要求。
二、热压烧结的应用:1. 金属制品:热压烧结可以用于制造各种金属制品,如钢制品、铝合金制品等。
由于热压烧结可以使金属颗粒充分结合,因此制造的金属制品具有高强度、高硬度和良好的耐磨性。
常见的应用包括汽车零部件、工具和模具、航空航天部件等。
2. 陶瓷制品:热压烧结是制造陶瓷制品的常用工艺之一。
热压烧结可以使陶瓷颗粒结合更紧密,从而获得高强度、高硬度和高密度的陶瓷制品。
常见的应用包括陶瓷刀具、陶瓷瓷砖、陶瓷合成材料等。
3. 硬质合金:热压烧结是制造硬质合金的主要工艺之一。
硬质合金通常由金属粉末和碳化物等非金属粉末混合而成。
快速热压烧结技术
快速热压烧结技术是一种高温压结成型的方法,用于制造金刚石钻头。
其具体过程如下:
1. 将骨架金属和粘结金属都制成粉末,按一定的比例在球磨机中充分混合。
2. 在胎体料的工作层中混入一定浓度的金刚石,分层装入石聚模中。
3. 把钻头钢体置于胎体料上部,然后加温约1000℃,至一定时间后进行加压(10~15兆帕)成型为金刚石钻头。
4. 加温方式有电阻炉、中频感应电炉等方法;加压主要用压机或千斤顶。
这种方法的优点在于:
1. 成型效果好,规格尺寸能满足设计要求。
2. 烧结温度较低,烧结时间短,对金刚石本身质量损害较小。
3. 不需专门保护气体,设备简单。
4. 生产周期短。
然而,快速热压烧结技术也存在一些缺点:
1. 成批生产的连续性差,钻头质量不易保持稳定。
总的来说,快速热压烧结技术具有显著的优势,但仍需改进以提高生产连续性和质量稳定性。
如需了解更多有关快速热压烧结技术的信息,建议咨询材料科学专家或查阅相关文献资料。
热压烧结实验实验目的:1 了解热压烧结炉的结构2 掌握热压烧结炉的使用方法3 了解真空无压烧结炉的结构(选做)4 了解真空无压热处理炉的使用方法(选做)实验原理1烧结原理烧结是在在低于熔点的高温下,生坯固体颗粒的相互键联,晶粒长大,孔隙和晶界渐趋减少,通过物质的传递,其总体积收缩,密度增加,最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体,这种现象称为烧结。
烧结在微观上是固态中分子(或原子)间存在互相吸引,通过加热使质点获得足够的能量进行迁移,使粉末体产生颗粒黏结,产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。
真空无压烧结是指将冷压后获得的压坯在真空下烧结的过程。
而热压烧结有所不同,是指将干燥粉料充填入模型内,再从单轴方向边加压边加热,使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。
热压烧结由于加热加压同时进行,粉料处于热塑性状态,有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行,因而成型压力仅为冷压的1/10;还能降低烧结温度,缩短烧结时间,从而抵制晶粒长大,得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。
无需添加烧结助剂或成型助剂,可生产超高纯度的陶瓷产品。
热压烧结的缺点是过程及设备复杂,生产控制要求严,模具材料要求高,能源消耗大,生产效率较低,生产成本高。
2烧结炉的结构真空烧结炉由炉体、真空系统、水冷系统、控温系统等组成。
炉体采用双层水冷结构,外层采用碳钢结构,内层采用奥氏体不锈钢材料0Cr18Ni9。
真空系统由机械泵、扩散泵组成真空机组组成。
水冷系统具有断水声、光报警自动切断加热电源功能。
热压烧结炉由炉体、液压系统、真空系统、脉冲直流电源、水冷系统、控温系统等组成。
炉体采用双层水冷结构,全奥氏体不锈钢材料0Cr18Ni9。
、真空系统由机械泵、扩散泵组成真空机组组成。
脉冲直流电源采用IGBT为数字功率模块。
液压系统采用电动输入方式。
水冷系统具有断水声、光报警自动切断加热电源功能。
控温系统:由智能仪表对直流脉冲电源进行功率控制及炉温控制。
热压烧结应用热压烧结是一种先进的粉末冶金制备技术,广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料等领域。
它通过将粉末冶金材料在高温高压条件下进行加热和烧结,使其颗粒之间发生结合,从而得到具有优异性能的成型材料。
以下将从工艺特点、应用领域以及注意事项等方面进行介绍。
首先,热压烧结具有独特的工艺特点。
在热压过程中,粉末冶金材料经历了三个主要阶段:预压、烧结和冷却。
预压阶段通过一定的压力将粉末材料进行初步成型,从而保证材料的均匀性和致密性。
烧结阶段是整个过程的核心,通过高温高压条件下的烧结,材料中的颗粒发生扩散和结合,形成致密的结构。
在冷却阶段,材料逐渐冷却下来,完成其热压烧结过程。
其次,热压烧结在各个领域都有广泛的应用。
在金属材料领域,热压烧结可以制备高强度、高硬度、高耐磨等性能的材料,用于制造汽车发动机零部件、航空航天部件等。
在陶瓷材料领域,热压烧结可以制备高温抗氧化、耐腐蚀等性能的陶瓷材料,用于制造高温炉具、陶瓷刀具等。
在复合材料领域,热压烧结可以制备具有优异力学性能、导电性能、热导性能等综合性能的复合材料,用于制造电子元件、导热器件等。
最后,热压烧结过程需要注意一些事项。
首先,粉末冶金材料应该选择粒度均匀、纯度高的原料粉末,以确保最终制备出的成型材料的质量。
其次,热压烧结温度和压力的选择应根据具体材料的烧结特性进行合理设计,以避免材料的过烧或过压现象。
此外,热压烧结过程中的气氛控制也十分重要,需要采用适当的保护气氛或真空条件,以防止材料的氧化或其他不良反应。
总之,热压烧结作为一种先进的粉末冶金制备技术,在金属材料、陶瓷材料、复合材料领域具有广泛的应用前景。
通过了解其工艺特点、应用领域以及注意事项,我们可以更加全面地了解热压烧结的相关知识,并在实际工作中更好地运用和掌握这一技术,为材料制备和工程应用提供指导和帮助。
热压烧结流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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陶瓷的烧结方式1. 嘿,你知道陶瓷的烧结方式吗?就像烤蛋糕一样,有一种传统的常压烧结。
把陶瓷原料像精心准备蛋糕原料那样处理好,然后放在窑里,在正常的大气压下加热。
这就好比我们把蛋糕放进烤箱,设定好温度,等着它慢慢熟透。
我有个朋友,他第一次做常压烧结的陶瓷,紧张得像个等待考试成绩的学生,结果还不错呢,烧出的陶瓷挺结实的。
2. 热压烧结你听说过吗?这就像是给陶瓷来一场高强度的健身训练。
把陶瓷粉末放进模具里,然后加热的同时施加压力。
就好像你想把一块软软的泥巴快速变成一个结实的小泥人,你就得又捏又压。
我师傅做热压烧结的时候,那专注劲儿,就像老鹰盯着猎物一样,出来的陶瓷密度可高了,质量超棒。
3. 还有放电等离子烧结呢,这方式可神奇了。
就像给陶瓷原料开一场电音派对,通过瞬间的高电流放电,产生等离子体来烧结陶瓷。
你想啊,那些原料就像在电闪雷鸣下迅速结合在一起。
我在陶瓷工作室里看到有人做这个的时候,那眼睛瞪得像铜铃,满心好奇,最后烧出来的陶瓷精致得很。
4. 微波烧结也很有趣。
这就好比用微波炉加热食物一样,只不过加热的是陶瓷。
陶瓷原料在微波的作用下迅速升温烧结。
我记得我刚开始了解这个的时候,就像发现了新大陆一样兴奋。
有个同行用微波烧结做了个陶瓷小摆件,速度快得像一阵风,而且效果很好,表面光滑得像镜子。
5. 你可别小瞧了反应烧结。
这就像一场陶瓷原料之间的化学反应大战。
一边烧结,一边发生化学反应,陶瓷就在这过程中成型。
就像两个小伙伴本来各自玩耍,突然一拍即合,变成了一个新的组合。
我见过一个老师傅做反应烧结,那手法娴熟得像个魔法师,做出来的陶瓷具有独特的性能呢。
6. 再来说说场辅助烧结。
这就像是借助一种神秘的力量来帮助陶瓷烧结。
给陶瓷施加电场或者磁场,让烧结过程变得更加顺利。
就好像给陶瓷原料请了个得力的助手。
我和一个陶瓷爱好者聊天时,他提到场辅助烧结,那激动的样子,就像个孩子在炫耀心爱的玩具,他说这种方式烧出的陶瓷品质超一流。
真空热压烧结炉操作流程1)准备“水、电、气”:打开总电源、冷却水电源、电柜内各开关,观察冷却水箱水位,打开冷却水箱开关,点击水泵、压缩机。
电柜开机,登录密码111111。
设备关机时,炉体须真空状态保护。
2)开炉装料:炉内为负压时,松开炉扣,调节上压头顶杆至适当位置,打开放气阀对炉体放气,待到电子示数为零,用液压杆升起炉盖,取出上顶盖与上顶小盖,装填模具与上压头,调节模具内样品位置于加热区中心,盖上上顶盖,保证装填后上压头与上顶盖位置平齐。
注意尽量不要触碰炉内加热丝。
炉盖归位,调节上压头顶杆使得顶杆与上压头对齐,松开液压杆降低炉盖,继续调节上压头顶杆锁紧,再锁紧炉扣。
3)电炉抽真空:点击“工艺控制”、“真空控制”,点击“机械泵”,声音稳定后点击“上蝶阀”,锁紧炉扣,预抽至20Pa 以下。
点击“工艺控制”、“压力控制”、“压头上升”,施加预压力至不再位移,点击“位移清零”。
(接清洗气路)打开“下蝶阀”,锁紧炉扣,真空度到20Pa以下后打开“扩散泵”,预热45min以上,关闭“上蝶阀”,打开“主蝶阀”,直至炉内真空度达到工艺要求。
4)清洗气路:点击“气氛控制”,点击“充气阀”,手动打开充气阀门,真空度到20Pa以下,关闭“充气阀”,然后手动关闭充气阀门。
打开气瓶减压阀,向管道内充气。
重复上述步骤两三次。
5)工艺设置:点击“工艺设置”,点击“配方管理”,设置时间、温度(最高1600℃)、功率上限(最高60%)、压力(最高31T),点击保存,输入工艺名称,下载到PLC,再次输入工艺名称。
弹出是否马上执行,可选“否”。
压力计算公式:使用φ20模具,若需加载x MPa,则压力为πx /100 吨使用φ30模具,若需加载x MPa,则压力为2.25πx /100 吨6)参数设置:点击“参数设定”,工艺总步数(最多36步),存盘时间可调节,其余按钮选择“PLC控温”、“渐变模式”、“手动模式”、“PLC控压”、“渐变模式”。
热压烧结工艺嘿,你有没有想过,那些坚固又耐用的陶瓷制品、高性能的金属零件,是怎么制造出来的呢?今天呀,我就来给你讲讲这个超级厉害的热压烧结工艺。
我有个朋友小李,他就在一家制造高端陶瓷刀具的工厂工作。
有一次我去他那儿参观,才第一次真正见识到热压烧结工艺的神奇之处。
热压烧结工艺就像是一场精心编排的舞蹈。
在这个过程中,粉末材料可是主角。
你看啊,这些粉末就像一群小小的精灵,它们一开始是松散的,各自为政。
把它们放进模具里,就像是把小精灵们聚集到了一个特殊的舞台。
这个舞台就是模具,它给小精灵们规定了一个形状,就像舞蹈老师规定了舞蹈的队形一样。
然后呢,热和压力就登场了。
热就像是激情的音乐,压力就像是指挥家的指挥棒。
热传递到粉末材料中,让这些小精灵们兴奋起来,它们开始活跃地跳动。
而压力呢,就指挥着它们往更加紧密的方向去排列。
这时候,粉末材料中的空隙就像调皮的小怪兽,在热和压力的作用下,慢慢地被赶跑了。
这可比你挤痘痘的时候把里面的脏东西挤出来难多了,毕竟这是在微观世界里的一场战斗啊。
我当时就问小李:“这热压烧结工艺怎么就这么厉害呢?普通的工艺可做不出这么好的陶瓷刀具呀。
”小李笑着说:“你可不知道,这热压烧结工艺能让材料的密度大大提高呢。
就好比你把一堆沙子堆得松松散散的,和把它压实成一块砖头,哪个更结实?肯定是砖头呀。
热压烧结出来的材料就像砖头一样,密度大,结构紧密,所以性能就好。
”在热压烧结工艺里,温度和压力的控制可是关键。
这就像炒菜的时候放盐,放少了没味道,放多了可就咸得没法吃了。
温度太低,那些粉末小精灵就不够活跃,没办法紧密结合;温度太高呢,又可能会出现一些意想不到的问题,就像你烤蛋糕,温度太高蛋糕就糊了。
压力也是一样,压力不够,空隙赶不干净;压力太大,模具可能都受不了,直接罢工了。
我还看到工厂里那些先进的设备,就像一个个巨大的钢铁怪兽。
它们精确地控制着温度和压力,就像训练有素的士兵执行任务一样一丝不苟。
这时候我又想啊,这热压烧结工艺可真是个高科技的玩意儿,那些工程师们就像魔法师一样,操控着这些设备,把一堆粉末变成了神奇的材料。
一、快速操作指南(一)开机操作1:检查电路和水路是否正常,如正常通电,通水。
2:打开机械泵,过30秒后缓慢打开预抽阀,1分钟后打开前级阀。
3:在真空度达到10Pa以下时打开扩散泵,给扩散泵加热4:扩散泵加热到60分钟后,关闭预抽阀,打开高真空阀,真空度会逐渐达到高真空.5:加热启动,在200度以下请你选用手动加热,在控制面板手动操作菜单中,注意第一次使用时,把拨钮上下波动一次,然后拨到手动位置,启动加热,输入50左右,确定。
电流一般控制在300A以下,自动加热:在温度控制界面设定温控表自动开始加热或开启手动位用手动开始加热。
以上设置说明:从200度用时120分钟到600度,600度时保温30分钟,从600度用时130分钟到1000度,在1000度时保温5个小时,从1000度降到600度用时60分钟,60分钟后程序自动停止(注:在时间上设定—121程序在此会自动停止)。
设定好加热工艺后,首先停止手动加热,然后把拨钮拨到自动位置,启动自动加热程序,如果需要记录数据请在数据保存见面打“√”。
6:在保温状态下,一定要保持循环水的正常循环。
7:保温时间到后,关闭加热开关,如果不需要高真空可以关闭扩散泵,打开预抽阀,关闭高真空阀,开始降温。
注意:机械泵不要关闭8:在温度降到200度时关掉机械泵(扩散泵达到常温),关闭所有阀门.9:在常温下释放压力,冲入空气,将原料取出。
10:如不继续工作,应打开机械泵和预抽阀再抽5分钟真空,关闭机械泵和预抽阀.保持工作室里有真空度,防止水汽侵入.11、压力操作:首先在手动操作界面,报压力模式拨到自动位置,可以直接用仪表操作,设定好程序后按run键3秒启动,按stop键3秒停止.压力触摸屏控制如下说明:从0到2MPa用时2分钟,在2MPa上保压2分钟,从2MPa到6。
15MPa用时5分钟,保压60分钟后程序自动停止。
(在时间上设定—121程序会自动停止)。
设定完后一定要按“确定”键。
热压作业指导热压作业是一种常见的加工工艺,主要用于材料的成型和连接。
本文将详细介绍热压作业的定义、工艺流程、操作要点、常见问题及解决方法等内容,以帮助读者更好地理解和掌握热压作业技术。
一、热压作业的定义热压作业是一种通过施加热力和温度对材料进行塑性变形或连接的加工工艺。
它主要适用于金属、塑料、陶瓷等材料的成型、焊接、烧结等工艺过程。
二、热压作业的工艺流程1. 准备工作:首先,需要准备好所需的材料和设备,包括热压机、模具、工件等。
同时,对设备进行检查和维护,确保其正常运行。
2. 加热:将工件放置在模具中,并根据工件的材料和要求,设置合适的温度和加热时间。
可以通过电阻加热、感应加热等方式进行加热。
3. 施加压力:在工件达到所需温度后,开始施加压力。
压力的大小根据工件的材料和要求进行调整,一般在工件的塑性变形温度范围内施加。
4. 保持时间:在施加压力后,需要保持一定的时间,以确保工件充分塑性变形或连接。
保持时间的长短也根据工件的材料和要求进行调整。
5. 冷却:在保持时间结束后,停止施加压力,并进行冷却。
冷却的方式可以是自然冷却或使用冷却介质进行加速冷却。
6. 取出工件:在工件完全冷却后,打开热压机,取出工件。
对工件进行检查,确保其质量合格。
三、热压作业的操作要点1. 材料选择:根据工件的要求和使用环境,选择合适的材料进行热压作业。
材料的选择应考虑其热稳定性、塑性变形温度范围等因素。
2. 温度控制:根据工件的材料和要求,合理设置加热温度。
温度过高可能导致材料烧结、氧化等问题,温度过低可能导致工件无法充分塑性变形。
3. 压力控制:根据工件的材料和要求,合理设置施加的压力。
压力过大可能导致工件变形过度、损坏等问题,压力过小可能导致工件连接不牢固。
4. 保持时间控制:根据工件的材料和要求,合理设置保持时间。
保持时间过短可能导致工件塑性变形不充分,保持时间过长可能导致工件过度烧结、变形等问题。
5. 冷却控制:根据工件的材料和要求,合理选择冷却方式和冷却时间。
陶瓷材料的热压烧结实验陶瓷材料的热压烧结实验一、实验目的1.掌握热压烧结的基本原理和特点以及热压烧结适用的范围;2.了解热压炉的基本构造;3.掌握热压炉的基本操作要领;4.了解影响热压烧结的主要因素。
二、实验原理热压烧结是区别于常规烧结的特种烧结方法之一,它是在陶瓷或金属粉体加热的同时施加压力。
装在耐高温的磨具中的粉体颗粒在压力和温度的双重作用下,逐步靠拢、滑移、变形并依靠各种传质机制(如蒸发凝聚、扩散、粘塑性流动、溶解沉淀,视组分不同而以不同的机制为主),完成致密化过程,形成外部轮廓与模腔形状一致的致密烧结体。
因此,热压烧结可将压制成型和烧结一并完成。
由于在高温下持续有压力的作用,扩散距离缩短,塑性流动过程加快,并影响到其他传质过程的加速,热压烧结致密化的温度(烧结温度)要比常规烧结低150~200℃,保温时间也短的多(有时仅需20~30min)。
与常规烧结相比,热压烧结体的气孔率低,相对密度高;烧结温度低、保温时间短,晶粒不易长大,所以热压烧结体的力学性能高。
原则上,凡能用常规烧结的陶瓷材料或金属材料均可用热压烧结来获得更为致密的坯体,但热压烧结更适用于一些用常规方法难以烧结致密的材料,如各种非氧化物陶瓷、难熔金属、金属-无机复合材料等。
热压烧结的主要优点在于:成型压力小,烧结温度低,烧结时间短,制品密度高、晶粒细小。
存在的缺点是:制品形状简单、表面较粗糙,尺寸精度低,一般需后续清理和机械加工,单件生产、效率低,对模具材料要求高,耗费大。
三、热压炉的基本结构热压炉的基本构造可分为两部分:一为炉体和加热系统,一为加压系统。
炉体通常为圆柱形双层壳体,用耐热性好的合金钢制成,夹层内通冷却水对炉壁、底、盖进行冷却,以保护炉体金属;加热常用高纯石墨的电阻发热,由于石墨电阻小,需用变压器以低电压、大电流加在石墨发热元件上;在发热元件与炉体之间,设置有隔热层,以防止炉内的高温散失,同时也保护炉体;为防止石墨氧化,热压时必须在真空或非氧化气氛下进行,所以,炉体需具有很好的密封性,符合真空系统要求,并带有机械真空泵、扩散泵。
热压烧结技术研究报告与应用设计方案热压烧结技术地研究与应用1热压烧结技术发展背景自20世纪70年代中期以来,除北美外,烧结矿一直是国内外高炉地主要原料.但由于金融危机,钢铁产业地不景气,烧结技术研究发展受到限制.所幸地是随着人们对产品质量和能源节约地重视,烧结技术再一次焕发出新生.1826年索波列夫斯基首次利用常温压力烧结地方法得到了白金.1912年,德国发表了用热压将钨粉和碳化钨粉制造致密件地专利.从1930年以后,热压更快地发展起来,主要应用于大型硬质合金制品、难熔化合物和现代陶瓷等方面[1,2,5] .在这个日新月异地新世纪中,有人大胆地将热压烧结技术与纳米材料、超导材料和复合材料等相联系结合,开创了热压烧结技术地新天地.b5E2RGbCAP 2热压烧结技术地原理2.1烧结定义与特点其宏观定义为:粉体原料经过成型、加热到低于熔点地温度,发生固结、气孔率下降、收缩加大、致密度提高、晶粒增大,变成坚硬地烧结体,这个现象称为烧结.p1EanqFDPw其微观定义为:固态中分子(或原子)地相互吸引,通过加热,质点获得足够地能量,进行迁移使粉末体产生颗粒粘结,增加强度并导致致密化和再结晶地过程称为烧结.DXDiTa9E3d烧结地特点有三点:第一,烧结温度远低于熔点温度下,质点发生迁移、扩散、开始烧结温度在0.3-0.5T m范围内,这样便节省了大量地能源利于环境保护,而且便于制造高熔点物质如钨丝等;第二,同样对于硅酸盐材料,完全烧结温度在0.7-0.8T m;第三,烧结主要是物理过程,但也伴随有固相反应,烧结前后主晶相不变化.这样便易于控制烧结成品地物象成分.RTCrpUDGiT2.2热压定义与优缺点热压地定义为:热压是指在对置于限定形状地石墨模具中地松散粉末或对粉末压坯加热地同时对其施加单轴压力地烧结过程.5PCzVD7HxA热压地优点:因为热压时粉料处于热塑性状态,形变阻力小,易于塑性流动和致密化,所以,所需地成型压力仅为冷压法地1/10,可以成型大尺寸地A12O3、BeO、BN和TiB2等产品. 由于同时加温、加压,有助于粉末颗粒地接触和扩散、流动等传质过程,降低烧结温度和缩短烧结时间,因而抑制了晶粒地长大.热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零地烧结体,容易得到细晶粒地组织,容易实现晶体地取向效应和控制有高蒸气压成分纳系统地组成变化,因而容易得到具有良好地机械性能、电学性能地产品,而且能生产形状较复杂、尺寸较精确地产品.jLBHrnAILg热压地缺点有:热压法生产工艺复杂生产率低、成本高,不能普及生产工艺.2.3热压烧结定义与特点[ 3 ]热压烧结(Hot Pressed Sintering )地定义:将干燥粉料充填入模型内,再从单轴方向边加压边加热,使成型和烧结同时完成地一种烧结方法. xHAQX 74J0X热压烧结地特点:热压烧结由于加热加压同时进行,粉料处于热塑性状态,有助于颗粒地接触扩散、流动传质过程地进行,因而成型压力仅为冷压时地1/10;还能降低烧结温度,缩短烧结时间,从而抵制晶粒长大,得到晶粒细小、致密度高和机械性能、电学性能良好地产品.无需添加烧结助剂或成型助剂,可生产超高纯度地陶瓷产品.热压烧结地缺点是过程及设备复杂,生产控制要求严,模具材料要求高,能源消耗大,生产效率较低,生产成本高.LDAYtRyKfE2.4烧结过程驱动力烧结过程驱动力主要有三个部分组成,分别是:能量差、压力差、空位差.能量差为:()SV GB G A γγ?=-①粉状物料地表面能sv γ大于多晶烧结体地晶界能GB γ,这就是烧结地推动力,即粉状物料地表面能与多晶烧结体地晶界能地能量差.任何系统降低能量是一种自发趋势、粉体经烧结后,晶界能取代了表面能,这是多晶材料稳定存在地原因.Zzz6ZB2Ltk常用GB γ和sv γ之比值来衡量烧结地难易,GB γ/sv γ愈小,则愈容易烧结.为了促进烧结,必须使sv γ>GB γ.一般Al 2O 3粉地表面能约为1J/m 2,而晶界能为0.4J/m 2,两者之差较大,比较易烧结;而Si 3N 4、SiC 和AlN 等,GB γ/sv γ比值高,烧结推动力小,因而不易烧结.dvzfvkwMI1粒度为lμm 地材料烧结时所发生地自由焓降低约为8.3J/g .而α-石英转变为β-石英时能量变化约为1.7kJ/mol ,通常情况下化学反应前后能量变化大于200kJ/mol .因此烧结推动力与相变和化学反应地能量相比还是极小地.烧结不能自发进行,必须对粉体加以高温,才能促使粉末体转变为烧结体.rqyn14ZN XI粉末体紧密堆积以后,颗粒间仍有很多细小气孔通过,在这些弯曲地表面上由于表面张力γ地作用而造成地压力差为:EmxvxOtOco 12P r γ?=(球面)②()1211P r r γ?=+(非球面)③ 粉体表面张力G V P ?=-? 越大、颗粒越细即颗粒半径越小,则附加压力ΔP 越大,自由焓差值ΔG =-VΔP 越大,烧结推动力越大.SixE2yXPq5空位差地描述,颗粒表面上地空位浓度一般比内部空位浓度为大,二者之差可以由下式描述:o C RT C ργδ3=?④式④中:ΔC 为颗粒内部与表面地空位差;γ为表面能;δ3空位体积;ρ曲率半径;0C 为平表面地空位浓度.这一浓度差导致内部质点向表面扩散,推动质点迁移,可以加速烧结.2.5固体粉末烧结地本征热力学驱动力致密地晶体如果以细分地大量颗粒形态存在,这个颗粒系统就必然处于一个高能状态.因为它本征地具有发达地颗粒表面,与同质量地未细分晶体相比具有过剩地表面能.烧结地主要目地是把颗粒系统烧结成为一个致密地晶体,是向低能状态过渡.因此烧结前,颗粒系统具有地过剩地表面能越高.这个过渡过程就越容易,它地烧结活性就越大.6ewMyirQFL2.5.1本征过剩表面能驱动力可以用下述简单方法估计本征过剩表面能驱动力数量级.假定烧结前粉末系统地表面能为E p .烧结成一个致密地立方体后地表面能为E d ,忽略形成晶界能量地消耗,则本征驱动力为:kavU42VRUsd p E E E -=?⑤。
一、前言烧结操作是烧结厂生产过程中的关键环节,为了确保生产安全、提高产品质量,特制定本规程及规范。
本规程适用于烧结厂全体员工,所有操作人员必须严格按照本规程及规范执行。
二、操作规程1.操作前准备(1)穿戴好个人防护用品,如安全帽、工作服、手套、防护眼镜等。
(2)检查设备是否正常,如电源、液压、气动等系统。
(3)了解烧结工艺流程,熟悉设备操作方法。
2.配料(1)严格按照配方要求进行配料,确保配料准确。
(2)使用配料秤进行配料,确保配料精度。
(3)配料后,将原料送入圆筒混合机进行混合。
3.混合(1)启动圆筒混合机,将原料均匀混合。
(2)混合时间根据工艺要求进行调整。
4.烧结(1)将混合好的原料送入烧结机,按照烧结工艺要求进行烧结。
(2)控制烧结温度、压力和时间,确保烧结质量。
(3)烧结过程中,注意观察设备运行情况,发现问题及时处理。
5.冷却(1)烧结完成后,将烧结物料送入冷却设备进行冷却。
(2)控制冷却速度,防止烧结物料出现裂纹。
(1)将冷却后的烧结物料进行筛选、分级。
(2)按照客户要求进行包装。
7.设备维护(1)定期对设备进行检查、保养,确保设备正常运行。
(2)发现设备故障,及时报修。
三、规范1.操作人员必须具备一定的烧结工艺知识和设备操作技能。
2.操作人员应严格遵守安全生产规章制度,确保人身安全。
3.操作过程中,严禁酒后作业、疲劳作业。
4.设备操作人员应熟悉设备性能和操作规程,确保设备安全运行。
5.严禁随意更改设备参数,如温度、压力、时间等。
6.操作人员应做好设备维护保养工作,确保设备正常运行。
7.烧结物料应严格按照生产工艺要求进行生产,确保产品质量。
8.操作人员应积极参与安全生产教育培训,提高安全生产意识。
四、附则1.本规程及规范由烧结厂安全生产技术科负责解释。
2.本规程及规范自发布之日起实施,原有相关规定与本规程及规范不一致的,以本规程及规范为准。
3.本规程及规范如有修改,由烧结厂安全生产技术科负责修订,并重新发布。
热压烧结炉安全操作及保养规程前言热压烧结炉是一种重要的高温完结设备,用于冶金、陶瓷、电子、新材料等行业中的制造和研究。
在使用过程中,由于高温、高压等特殊性质,存在着很大的安全风险。
为了保证设备运行的安全性和稳定性,特编写本规程,规范热压烧结炉的安全操作和保养。
一、安全操作1.操作前准备工作1.1 做好安全检查操作前必须对设备进行全面安全检查,并进行小修、补漆、紧固等工作。
检查项包括燃气管路、电气元件、喷嘴等,确保燃气管路无裂缝,电气元件无短路和漏电现象,各喷嘴畅通无堵塞。
1.2 确认操作人员操作工必须经过资质认证,并经过相关的技术培训,熟悉设备的操作规程和安全注意事项,了解应急处理措施。
2.操作中注意事项2.1 启动前检查操作人员在每次启动设备前必须进行全面检查,检查机器各部件是否放置正确,各阀门是否关闭严密,相关传感器是否灵敏。
2.2 操作规范在操作热压烧结炉设备时,必须按照操作规程进行操作,严禁操作人员随意改变相关参数导致设备损坏或事故发生。
2.3 关注动态对于温度、压力等动态参数的变化,操作人员必须有意识地关注,并根据变化情况及时调整设备参数。
2.4 安全维护设备在运行时,必须对设备进行全面检查和维护,在设备运行期间要随时监控运行状态,及时排除故障、维护设备,保持设备处于稳定运行状态。
3.关机及设备维护3.1 关机工作在设备运行结束后,操作人员必须进行彻底的停机检查,及时关闭相关电源、气源等,并进行一些保养性检查工作。
3.2 设备维护对于设备的日常维护工作,操作人员必须进行全面维护,包括设备的清洁、润滑、小修、大修等,其维护工作必须按照设备使用说明书中推荐的维护工作进行。
二、保养规程1.日常保养1.1 清洁定期清洁设备的各个部位,包括:燃烧室、烧结室、电源隔离器、检查门等,确保机器的内部外表干净。
1.2 润滑定期给设备的部件进行润滑,建议在设备停止运行后进行润滑,主要包括轴承、联轴器、齿轮等需要润滑部件。
2016年春季学期研究生课程考核
(读书报告、研究报告)
考核科目:聚合物基复合材料制备与成型新技术学生所在院(系):
学生类别:
考核结果阅卷人
目录
1 工艺简介 (1)
2 影响热压烧结的因素 (2)
2.1 原始粉末性能 (2)
2.2 烧结温度与保温时间 (3)
2.3 升温速度 (4)
2.4 烧结压力 (4)
2.5 烧结气氛 (5)
3 小结 (6)
锻压烧结工艺
1工艺简介
固相烧结并不依赖化学反应作用,它可以在不发生任何化学反应的情况下,简单的将固体粉料加热,转变为坚实的致密烧结体,这是烧结区别于固相反应的一个重要方面。
因此只要烧结条件控制得当,它可以代替液态成型,在远低于固体物料的焰点温度下,制成接近于理论密度的无机材料,并改善其物理性能固相粉末烧结过程是粉末颗粒之间发生冶金结合、孔隙消除及压坯化学成分和微组织均匀化的过程。
在烧结过程中,随着温度的上升和时间的延长,颗粒不断长大,空隙则不断减少,通过物质的传递,其总体积收缩,密度增大,最后成为坚实的烧结体,烧结的结果是颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加,密度也提高固相烧结的致密化过程是依靠物质传递和迁移实现的。
因此必须存在某种化学位梯度,才能推动物质的迁移。
由于纳米粉体颗粒尺寸很小,比表面积大,具有较高的表面能和缺陷能,在加压成型体中,颗粒间的接触面积也很小,总表面积很大而处于较高能量状态。
根据最小能量原理,它将自发地向最低能量状态变化,并伴随使系统的表面能减少,所以,粉体的烧结是一个自发的不可逆过程,在烧结过程中由于物质的迁移扩散使颗粒变形并形成界面。
粒子表面积的减少伴随着系统自由能的降低,这也是烧结进行的驱动力。
热压烧结(Hot Pressing Sintering,HPS)是在烧结过程中同时施加一定的外力(根据模具材料所能承受的强度,一般压力在10~40MPa),使材料加速流动、重排和致密化。
热压烧结温度比常压烧结低100℃~150℃左右,但是热压烧结推动力却比常压烧结大20~100倍。
图1为热压烧结设备简图,热压烧结获得的制品密度甚至会达到理论密度的99%,且性能优良,但是仅适合形状简单的制品,很难规模生产。
图1 热压烧结设备简图
热压烧结可以预先把粉末成型或直接把粉末放置在配套的磨具内进行烧结,工艺简单,操作方便,是目前常用的烧结工艺之一。
进行热压烧结时,可以对粉末进行施加单向或多向压力,有效快速的促进烧结时粉末的致密化。
在热压烧结时,由于粉末处在热塑性状态,变形阻力小,易于塑性流动和致密化,因此所需的成型压力仅为冷压法的十分之一。
由于压力始终贯穿烧结的整个过程,在升温时,压力的存在有利于粉末颗粒的接触、扩散和流动等传质过程,降低烧结温度和缩短烧结时间,因而抑制了晶粒的长大速度,使晶粒细小。
相比常压烧结,热压烧结更容易获得细晶粒的组织,实现晶体的趋向效应和控制含有高蒸气压成分系统的组成变化,因而容易得到良好机械性能的产品。
2影响热压烧结的因素
同种粉末采用不同的烧结方法以获得性能別的材料,但足对于同种烧结方法,烧结参数的不同也会造成材料不同的性能。
在热压烧结中,粉末的烧结机理和产物性能与粉末性能和烧结参数(如烧结温度、保温时间、烧结压力、模具介质和烧结气氛)等因素密切相关。
2.1原始粉末性能
粉末性能包括:粉末的粒度及粒度组成、颗粒形状与结构等。
当烧结条件一样时,粒度细的粉末比粒度粗的粉末易于烧结,获得的材料晶粒细小、致密度且硬度也高等优点。
这是由于粉末粒度小时,其表面积越大,表面能也就越高,在
烧结温度低时就能进入烧结初期,形核率比较高,另外细小的颗粒填充在大颗粒的缝隙中,粉末的整体粒度分布合理,也有利于烧结的进行但是粉末粒度比较大或者是粉末粒度分布不均匀,会造成致密度下降和晶粒的异常长大,应尽量避免。
2.2烧结温度与保温时间
烧结温度是在热压烧结过程中保温时的温度,在这个温度下,材料内部的原子、晶界等的活性也最大,粒子重排进行的最为剧烈,获得材料的性能也最为优良。
烧结温度与粉末的成分有密切关系。
在固相烧结中,单相的烧结温度要低于其溶点,通常为该粉末溶点的0.7到0.8之间;对于多相混合的粉末,烧结温度一般低于主要成分的溶点。
在烧结过程中,要在烧结温度下进行保温一段时间,使烧结的粉末能够有充分的迁移重排并融合的时间。
保温时间与烧结温度有密切的关系,通常烧结温度高,则保温时间较短,烧结温度低,则保温时间较长。
在烧结低温阶段以表面扩散为主,高温阶段以体积扩散为主。
如果材料在低温烧结时间过长,不仅对致密化不利,反而会使材料性能变坏。
因此,保温时间的选取与烧结温度一样,要选取合适的保温时间。
但是,烧结时应尽快的从低温升到高温,为体积扩散创造条件,同时还必须考虑到材料的热传导系数、再结晶温度,扩散系数等各种因素的共同作用,以制定合理的烧结工艺。
李蔚[2]等采用热压烧结法制备了纳米Y-TZP材料,发现采用不同的烧结温度,材料的致密度有明显变化,在1100℃时材料已经烧成,如表1所示。
李潜[3]等采用热压烧结制备了WC-AI2O3复合材料,得出在烧结温度为1590°C、保温时间为120min时,试样的密度达到最高的99.77%WC-AI2O3复合材料的硬度和断裂朝性表现出明显的规律性,随着烧结温度的上升,先增加到最大值然后下降。
高温烧结时,虽然材料的致密度上升,但是由于晶粒异常长大和内部的封闭气孔等因素,使得各项力学性能急剧下降,因此在制备材料过程中应尽量避免材料晶粒长大。
表1 不同温度下热压Y-TZP材料的致密度
温度/℃1000 1100 1200
致密度/% 85 99 100
图2 烧结温度及保温时间对WC-AI2O3复合材料维氏硬度的影响
2.3升温速度
热压烧结一般升温速度都较低,因此升温速度是烧结工艺中较次要的参数。
升温和降温时间由制品尺寸和性能要求而定。
通常为了提高生产率,希望升温速度和降温速度快一些。
但在实际生产中,如果升温速度太快,可能使还块中的成型剂、水份以及某些杂质剧烈挥发,导致还块产生裂纹,并使氧化物还原不完全。
2.4烧结压力
粉料成型时必须施加一定的压力,除了使其具有一定形状和一定强度外,同时也给烧结创造了颗粒问紧密接触的条件,使其烧结时扩散距岛缩短及r散附力减小。
一般来说烧结压力越大,还体中颗粒接触越紧密,有利于提高气孔和晶界的迁移速度,烧结时阻力越小,提高材料的致密度,烧结出块体的性能越好。
但烧结压力要考虑设备的实际输出情况和模具的承受能力,烧结压力超过模具的承
受能力,会导致烧结过程中模具的损坏,同时也会对试样以及设备有一定的损伤。
因此,烧结压力应在一定的允许范围内。
2.5烧结气氛
不同的烧结制品要用不同的烧结气氛环境,甚至高真空的环境。
真空环境下材料的烧结性能一般比在保护气氛环境下烧结性能要高。
这是因为真空有利于吸收的气体及挥发物质的排出,减少气孔率,能达到气体即时排除即时抽真空。
张鹏飞[4]等探究了机械合金化工艺制备的2Si-B-3C-N 粉末的热压烧结行
为及陶瓷的烧结工艺,2Si-B-3C-N 粉末的烧结致密化比较困难,在80 MPa/8 bar N2条件下的热压烧结过程中,只有当温度高于约1830 ℃时,陶瓷坯体才能发
生显著的体积收缩,伴随着材料致密度的快速提高在热压烧结工艺的主要参数中,温度和压力对陶瓷坯体的烧结致密化、对晶粒生长及对陶瓷力学性能的影响最为显著,而保温时间和气压的适当变化对材料的影响相对较小;在1900 ℃/80 MPa/30 min/8 bar N2条件下热压烧结制备的2Si-B-3C-N 复相陶瓷的体积密度和相对密度,以及室温下的弯曲强度、弹性模量、断裂韧性和维氏硬度分别约为2.52 g/cm3,88.7 %,331 MPa,139 GPa,2.81 MPa·m1/2,和 5.65 GPa。
与该工
艺条件相比,当温度降至1800℃或压力降至50 MPa 时,所制备材料的密度和力学性能急剧下降。
图3 2Si-B-3C-N粉末在不同热压烧结工艺参数条件下的陶瓷端口形貌
a)1800℃/80 MPa/30 min/8 bar N2;b)1900℃/50 MPa/30 min/8 bar N2;c)
1900℃/80 MPa/10 min/8 bar N2;d) 1900℃/80 MPa/30 min/1 bar N2;
e)1900℃/80 MPa/30 min/8 bar N2;
3小结
通过以上讨论,可知热压烧结工艺的优点为:1)减少烧成时间,加热致密化过程;2)降低烧成温度,减小晶粒长大;3)密度高;4)可获得高的机械强度;5)环、片状尺寸精确。
但仍存在只能加工形状单一的工件、垂直与平行热压方向性能不一致等问题。
参考文献
[1]李瑜煜,张仁元. 热电材料热压烧结技术研究[J]. 材料导报,2007,07:126-129.
[2]李蔚,高濂,归林华,郭景坤. 热压烧结制备纳米Y-TZP材料[J]. 无机材料学报,2000,04:607-611.
[3]李潜. 热压烧结WC/Al_2O_3复合材料工艺的研究[D].东华大学,2012.
[4]张鹏飞. 机械合金化2Si-B-3C-N陶瓷的热压烧结行为与高温性能研究[D].哈尔滨工业大学,2013.。