放电等离子烧结氧化锆陶瓷的工艺优化及性能

采用放电等离子烧结制备了氧化锆陶瓷,利用正交试验方法优化了烧结工艺参数,研究了烧结温度、时间、压力等工艺参数对其组织和性能的影响。结果表明,影响氧化锆陶瓷强韧性能的主要因素是烧结温度,其次是烧结时间;最佳放电等离子烧结工艺参数为烧结温度1400 ℃、烧结时间5 min、烧结压力15 MPa;经最佳SPS工艺烧结后的氧化锆陶瓷,其组织为均匀单一的四方相氧化锆,致密度为95.9%、硬度1332 HV0.5、断裂韧性为5.18 MPa·m^0..5。     

Ni含量和烧结压力对SPS法制备NiTi合金显微组织及摩擦学性能的影响

采用高能球磨和放电等离子烧结法(SPS)在1000℃制备了NiTi合金,研究了镍含量和烧结压力对NiTi合金致密度、显微组织、显微硬度和摩擦学性能的影响。结果表明：通过高能球磨后,粉末颗粒尺寸减小,随着镍含量增加,Ni相衍射峰向高角度偏移。NiTi合金致密度随着烧结压力增大而增大,在低烧结压力下,合金致密度随着镍含量增加从94.7%降低到84.6%;在高烧结压力下,合金致密度随着镍含量增加表现出先增加后减小的趋势,在镍含量为45%(质量分数,下同)时,合金致密度最低。NiTi合金中主要由NiTi相、NiTi₂相和Ni₃Ti相组成,Ni₃Ti相含量随着镍含量和烧结压力增大而增大,并且镍含量和烧结压力增大会引起Ni₃Ti相晶格畸变。随着镍含量从0%增加到65%时,合金显微硬度先增大后减小,在镍含量为50%时,显微硬度最大。在相同化学成分下,合金显微硬度随着烧结压力增大而增大。增大镍含量和烧结压力会降低NiTi合金磨损率,显著提高合金耐磨性。室温下NiTi合金的磨损机制是磨粒磨损和黏着磨损。     

粉末粒度对SPS固相烧结La0.6Eu0.4B6阴极材料的影响

采用高能球磨法制备出La_0.6Eu_0.4B₆纳米粉体,将球磨后的纳米粉进行放电等离子（SPS）烧结,制备出了高致密的La_0.6Eu_0.4B₆多晶块体材料。系统研究了烧结温度、烧结压力对样品致密度和力学性能的影响。结果表明,该方法与传统热压烧结方法相比有效降低了烧结温度,制备出的样品密度、维氏硬度和抗弯强度分别达到4.71g/cm3、23.37GPa和295.14MPa,这些值均高于传统热压烧结方法。热电子发射结果表明,当阴极温度为1873K时,最大发射电流密度为33.74A/cm2。实验过程中还发现,在相同烧结工艺下,球磨纳米粉与粗粉相比,维氏硬度、抗弯强度和热电子发射电流密度分别提高了28%、58%和32%。因此,在固相烧结过程中,粉末粒度的减小,更有助于烧结性能的提高。     

放电等离子烧结TA15钛合金及石墨烯增强TA15复合材料微观组织与力学性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了TA15钛合金,并研究了烧结温度、烧结时间以及烧结压力参数对合金致密化、微观组织与力学性能的影响.结果表明:在烧结温度为800～1200℃、烧结时间为3～7 min、烧结压力为20～50 MPa的烧结条件下,烧结参数对TA15钛合金的物相组成影响不大;合金的微观组织主要由烧结温度决定,并且延长烧结时间会使微观组织发生一定的粗化,而烧结压力对微观组织没有明显的影响.升高烧结温度、延长烧结时间以及适当地增加烧结压力,有助于TA15钛合金致密化过程的进行.烧结态TA15钛合金的室温及高温压缩力学性能由合金的致密度和微观组织共同决定.采用SPS工艺在900℃及50 MPa的烧结条件下,5 min即可获得致密的TA15钛合金,并具有最佳的室温及高温综合力学性能.此外,在900℃、50 MPa和7 min的烧结条件下,采用SPS制备了0.5％(质量分数)石墨烯增强TA15复合材料,与TA15钛合金相比,复合材料室温与高温压缩屈服强度及极限抗压强度得到了明显提高.     

预合金粉结合剂真空无压烧结制备金刚石工具

以Fe₄₀Cu₄₀Co₂₀和Cu₈₀Sn₂₀预合金粉为结合剂,采用真空无压烧结制备金属胎体样品,并与相同烧结工艺下的金属单质粉结合剂烧结样品进行对比。用扫描电子显微镜、洛氏硬度计、阿基米德排水法对所得样品的微观形貌、硬度和相对致密度进行对比分析。研究发现:随温度升高,两类样品的致密度和硬度均先增大后减小;当烧结温度达到860℃时,致密度和硬度均达到最大值。预合金粉在860℃下烧结所得样品的相对致密度比同条件下烧结的金属单质粉样品的提高5%,硬度提高HRB 7 MPa。因此,在达到同等级性能的前提下,预合金粉真空烧结所得样品的烧结温度更低,可有效避免在高温条件下金刚石的强度和质量损失。      

烧结工艺对纳米WC/MgO复合材料性能的影响

利用高能球磨法和放电等离子烧结技术制备了纳米WC/MgO复合材料,研究了烧结温度和烧结压力对WC-8wt%MgO复合材料密度、硬度和断裂韧性的影响.结果表明,烧结温度过低,试样的致密度差;烧结温度过高,晶粒快速长大,使得复合材料性能降低;烧结压力越大,复合材料的致密度越高,硬度和断裂韧性越好.最佳烧结工艺是烧结温度1650℃,烧结压力70 MPa,获得了该复合块体材料的最佳性能组合.     

纳米WC-6%Co复合粉的放电等离子烧结研究

以水溶液化学法制备的WC-6%Co纳米复合粉体为原料,利用放电等离子烧结(spark plasma singtering,SPS)技术制备了超细硬质合金。研究了烧结温度对硬质合金显微组织和力学性能的影响,分析了纳米粉体烧结的致密化过程。结果表明:随着烧结温度的升高,烧结致密性、硬度和断裂韧性都呈现先增加后降低的变化趋势,在升温速度为100℃/min,烧结温度为1 250℃,保温时间5 min,压力为30 MPa的工艺条件下,利用SPS技术可制备综合力学性能良好的超细晶硬质合金,平均晶粒大小为420 nm,维氏硬度为1 969 HV30,断裂韧性为10.7 MPa·m~(1/2)。     

烧结温度对MAX/Cu复合材料的组织及性能影响

以一种典型的MAX相材料Ti₃AlC₂为原料，采用粉末冶金无压烧结的方式，压坯压力选用500 MPa，烧结时间为1 h，分别选用800、900、1 000、1 100、1 200℃5个烧结温度制备了MAX/Cu复合材料。通过对样品的金相、电导率与显微硬度等测试，探讨了不同烧结温度下MAX/Cu复合材料的组织及其性能变化。结果表明，无压烧结最佳烧结温度为1 100℃，可以得到综合性能最佳的复合材料，硬度、致密度和导电率分别达到330 HV、99.5%以上和4.6 m S/m。     

高致密度Fe-Cr合金的粉末冶金制备工艺研究

以单质Fe粉和Cr粉为原料,采用粉末冶金法制备了Fe-25Cr合金。研究了压制压力、烧结温度和烧结时间对合金致密度和显微组织的影响。结果表明,烧结坯体的最终密度在所研究的范围内与压制压力、烧结温度、烧结时间成正比,但当烧结温度为1 300℃,烧结坯体的晶粒明显发生长大。粉末冶金法制备高致密度Fe-25Cr合金的最佳工艺参数为:压制压力800 MPa,烧结温度1 280℃,烧结时间60 min,所得到烧结坯体的相对密度为95.23%,实际密度为7.313 5 g/cm3。     

基于SPS工艺制备的W-25 mass%Cu复合材料的组织与性能

采用放电等离子烧结(SPS)制备了W-25 mass%Cu复合材料，研究了烧结温度(900、950、1000、1050℃)对W-25 mass%Cu复合材料微观组织和性能的影响规律，重点研究了其耐电弧烧蚀行为。结果表明：采用SPS工艺制备的W-25 mass%Cu复合材料的组织分布均匀；随着烧结温度的升高，复合材料的致密度、导电率和硬度呈现出先增加后减小的趋势。当烧结温度为1000℃时，W-25 mass%Cu复合材料的综合性能最佳，其致密度、导电率和硬度最高，分别为96.7%、42.86%IACS和205.5 HB;压缩强度和断裂应变取得最大值，分别是875 MPa和26%。W颗粒的动力学生长行为研究结果表明晶格扩散是W颗粒长大的主导机制。在电弧烧蚀过程中，随着烧结温度的升高，W-25 mass%Cu复合材料表面的侵蚀区域先变小后增大、烧蚀坑逐渐变浅、烧蚀坑直径变宽。与900℃烧结制备的W-25 mass%Cu复合材料相比，1000℃烧结制备的W-25 mass%Cu复合材料的烧蚀坑直径扩大了47.3%,烧蚀坑深度降低了50%。     

Mechanical alloying and spark plasma sintering of the intermetallic compound Ti50Al50

This study investigates the microstructures and mechanical properties of Ti₅₀Al₅₀ alloys prepared via mechanical alloying (MA) starting from elemental powders. The process of the spark plasma sintering (SPS) has also been studied. It is found that the nanocrystallization process of the Ti–Al alloy proceeds and the sintering temperature can control the microstructure of alloy. The sintering of the compacts is carried out at the temperatures of 1100–1200 °C with a compaction pressure of 30 MPa and a heating rate of 30 °C min⁻¹. Specimens with high densities and approaching the equilibrium state can be obtained in short time by spark sintering than conventional sintering. Such shorter high temperature is important to prevent grain growth.     

Y2O3对铁基金刚石工具性能的影响

采用正交试验方法研究热压压力、烧结温度和Y₂O₃含量等3个因素对铁基胎体硬度、致密度、抗弯强度和断口微观形貌等的影响,并获得较优的烧结工艺参数。在此基础上,制备含Y₂O₃的铁基金刚石工具,并对其断口形貌、耐磨性和锋利度等进行检测及分析。结果表明:含Y₂O₃的铁基结合剂胎体,其相对密度和硬度的影响因素次序为Y₂O₃含量＞烧结温度＞热压压力,抗弯强度的影响因素次序为烧结温度＞Y₂O₃含量＞热压压力;且Y₂O₃能促进铁基金刚石胎体组织的致密化,降低其烧结温度。在烧结温度为780 ℃、热压压力为51 kN的较优烧结工艺下,适量的Y₂O₃能使金刚石工具的孔隙率减小、黏结状况改善,并增强黏结剂对金刚石磨粒的把持能力。      

Spark plasma sintering on mechanically activated W-Cu powders

Mechanically activated W-Cu powders were sintered by a spark plasma sintering system (SPS) in order to develop a new process and improve the properties of the alloy. Properties such as density and hardness were measured. The microstructures of the sintered W-Cu alloy samples were observed by SEM (scanning electron microscope). The results show that spark plasma sintering can obviously lower the sintering temperature and increase the density of the alloy. This process can also improve the hardness of the alloy. SPS is an effective method to obtain W-Cu powders with high density and superior physical properties.     

烧结压力对热压掺钙铬酸镧陶瓷组织和性能的影响

采用热压法在不同烧结压力下制备了高密度掺钙铬酸镧基陶瓷(La_0.8Ca_0.2Cr_0.98O₃),研究了烧结压力对La_0.8Ca_0.2Cr_0.98O₃陶瓷微观结构、力学性能和导电性能的影响。结果表明,当烧结压力大于58 MPa时,在烧结陶瓷中检测到第二相CaCr₂O₄的存在。CaCr₂O₄在烧结陶瓷中有两种完全不同的形态。烧结压力的提高不仅可以提高铬酸镧基陶瓷的密度,同时能显著抑制晶粒长大。随着烧结压力的增加,弯曲强度和硬度逐渐增加,但是断裂韧度和电导率发生下降。     

放电等离子烧结压力对超细WC-Co硬质合金性能的影响

通过分析放电等离子烧结致密化过程,确定了致密化温度;研究了SPS烧结过程中压力对WC-Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响。结果表明,放电等离子烧结粉末在1 130℃时,达到最大收缩率;烧结压力的增加,样品的致密度、硬度增加;断裂韧性的变化集中在11.5~12.1 MPa.m1/2之间,和硬度的变化呈现相反的趋势;烧结压力相对较小时,样品WC晶粒较粗大且不均匀;在40 MPa和55 MPa时,晶粒相对较小且分布均匀。要得到高性能、高致密度的样品,合理的烧结温度在1 200℃以上,烧结压力为40 MPa。     

Microstructure and properties of Al2O3 dispersion-strengthened copper fabricated by reactive synthesis process

Al2O3 dispersion-strengthened copper alloy was prepared by reactive synthesis and spark plasma sintering(SPS) process. Studies show that nano-sized c-Al2O3 particles with 27.4 nm mean size and 50-nm interval are homogeneously distributed in copper matrix. The density of SPS alloy is about 99 %, meanwhile, the electrical conductivity of sintered alloy is 72 % IACS and the Rockwell hardness can reach to HRB 91.     

SPS烧结WC-5%Co纳米复合粉硬质合金

采用喷雾干燥、流态化床化学转化法生产的WC-5%Co纳米复合粉为原料,研究了放电等离子体烧结(SPS)对超细硬质合金显微结构和性能的影响,同时对SPS烧结、低压烧结、真空烧结等三种工艺进行了比较。结果表明:采用SPS烧结可以在较低的温度下实现超细硬质合金的固相烧结,使合金快速致密化,当1170℃保温6min、压力为50MPa时合金可以获得最好的力学性能;其显微硬度HV30、抗弯强度、断裂韧性分别为1870、3230MPa、10.96MPa/m1/2。低压烧结可促进颗粒在液相中重排,硬质合金压坯经8MPa、1410℃、保温45min烧结,也可以获得比较好的力学性能;而传统真空烧结,合金孔隙度比较高,晶粒不均匀,性能较差。     

时间和温度对放电等离子体扩散焊接Ti48Al2Cr2Nb合金接头显微组织的影响

采用放电等离子体扩散焊接技术,以Ti/Ni/Ti箔为中间层,实现了Ti48Al2Cr2Nb合金之间的扩散连接. 研究了焊接时间和温度对接头显微组织的影响. 结果表明,950 ℃时,保温15 min,中间层和基体中元素互扩散有限;保温时间延长到30 min,中间层在接头处扩散均匀. 在相同保温时间30 min的条件下,900 ℃和950 ℃得到的接头界面存在分层,各个层的主要物相都是α₂相,仅最内层存在α-Ti. 升高温度到1 000 ℃和1 050 ℃,接头界面分层消失,显微组织相似,都是由粗大的α₂相和固溶了少量Ni原子,Nb原子,Cr原子的α₂相组成. 放电等离子体烧结(SPS)对接头处的元素扩散有促进作用,尤其是Ni元素,使得接头内部没有TiNi和TiAlNi金属间化合物生成.     

放电等离子烧结温度对W-30Re合金组织性能的影响

采用直流电弧等离子体法制备了纯Mg和Mg-Nd超细粉末.用XRD、TEM、ICP、PCT、TG/DSC等测试手段研究了粉体的相组成、形貌、颗粒大小、成分和吸放氢性能等.TEM结果表明,Mg-Nd粉的颗粒形状大多为六边形,颗粒大小在50～700 nm之间.成分分析显示Mg-Nd粉末中Nd质量分数仅为0.89％.根据Van't Hoff方程,由PCT曲线吸氢平台压计算出Mg-Nd粉的氢化反应焓为-65.3 kJ/mol,低于纯Mg粉末的-78.6 kJ/mol,证明Nd的加入改善了镁氢化反应的热力学性能;DSC结果显示,Mg-Nd氢化物粉体的放氢峰值温度比纯MgH2低;另外,Mg-Nd氢化物的放氢吸热峰比MgH2的更尖锐,放氢区间更窄,表明Mg-Nd的氢化反应动力学性能得到了改善.     

Thermal conductivity behavior of SPS consolidated AIN/Al composites for thermal management applications

AIN/Al composites are a potentially new kind of thermal management material for electronic packaging and heat sink applications.The spark plasma sintering(SPS)technique was used for the first time to prepare the AIN/Al composites,and attention was focused on the effects of sintering parameters on the relative density,microstructure and,in particular,thermal conductivity behavior of the composites.The results showed that the relative density and thermal conductivity of the composites increased with increasing sintering temperature and pressure.The composites sintered at 1550℃ for 5 min under 70 Mpa showed the maximum relative density and thermal conductivity,corresponding to 99% and 97.5 W·m-1·K-1,respectively.However,the thermal conductivity of present AIN/Al composites is still far below the theoretical value.Possible reasons for this deviation were discussed.