放电等离子烧结法制备金刚石/Cu复合材料

通过真空镀铬对金刚石颗粒进行表面改性,采用放电等离子烧结法(SPS)制备改性金刚石/Cu复合材料;研究金刚石的体积分数、工艺参数以及金刚石颗粒表面改性对复合材料导热性能的影响。结果表明,烧结温度、混料时间以及金刚石颗粒的体积分数都会影响材料的致密度,金刚石颗粒的体积分数还会影响材料的界面热阻,而致密度和界面热阻是影响该复合材料导热性能的2个重要因素;对金刚石颗粒进行真空镀铬表面改性,可改善颗粒与铜基体的润湿性,降低界面热阻。在一定的工艺条件下,镀铬金刚石体积分数为60%时,改性金刚石/Cu复合材料具有很高的致密度,其热导率达到503.9W/(m.K),与未改性的金刚石/Cu复合材料相比,热导率提高近2倍,适合做为高导热电子封装材料。     

熔渗法制备高导热金刚石/Cu复合材料

利用真空热压熔渗技术制备金刚石/Cu复合材料。研究熔渗工艺、金刚石表面镀覆条件等对制备出的金刚石/Cu复合材料的热物理性能的影响。通过理论分析和试验数据可以发现:利用熔渗工艺制备出的金刚石/Cu复合材料中增强体金刚石的石墨化程度非常低,对复合材料的热性能影响很小;提高复合材料的致密度以及降低复合材料的界面热阻是提高复合材料热导率的主要方法,通过改变工艺参数和在金刚石表面镀覆金属层等方法可以提高复合材料的致密度并降低材料的界面热阻;采用180~210μm粒径镀Cr金刚石制备的金刚石体积分数为60%、相对密度为99.1%的复合材料热导率达到462 W·m-1·K-1。     

金刚石盐浴镀覆温度对Al/金刚石复合材料导热性能的影响研究

采用盐浴镀对金刚石颗粒进行表面镀Ti,并采用放电等离子烧结制备高导热Al/金刚石复合材料,探讨了镀覆温度对金刚石表面镀Ti层结构、成分以及Al/金刚石烧结体导热性能的影响。结果表明,在较低的温度(700℃)镀覆30min即能够使金刚石表面包覆一层较为均匀的镀Ti层,镀层表面光滑平坦。当镀覆温度升高,金刚石不同类型表面呈现不同的镀层形貌。Ti在金刚石(100)面沉积速率要高于(111)面,表明金刚石(100)面比(111)面活性更高。随着金刚石镀Ti温度的提高,Al/金刚石复合材料的热导率逐步下降。相比之下,700℃镀覆温度下所得金刚石表面镀层较薄,而且镀层与金刚石之间结合力较强,SPS烧结过程中金刚石与Al基体能够实现较为紧密的结合,因而复合材料热导率优于其它更高镀覆温度条件下所制备的Al/金刚石复合材料。     

铝-金刚石双相连续导热复合材料的制备

高导热材料在各个领域都有着十分广泛的应用。本研究采用金刚石颗粒与铝箔的排布设计铝/金刚石双相各自连续高导热复合材料,将上述排布的坯体经冷等静压与放电等离子体烧结制备了铝/金刚石复合材料。结果表明,所设计制备的复合材料能够达到较高的密度,烧结后保持为铝与金刚石两相,没有新相的生成,一定程度上形成了金刚石颗粒的定向排列,其导热性能具有明显的各向异性,金刚石颗粒与铝在各自连续方向上的热导率是与其垂直方向上的热导率的3倍左右。     

放电等离子烧结制备非连续石墨纤维/Cu复合材料

以磨碎中间相沥青基石墨纤维和铜粉为原料,通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备非连续石墨纤维/Cu复合材料,对石墨纤维表面进行镀钛金属化处理,以改善材料的界面结合状况.研究SPS工艺参数、铜粉粒度搭配、石墨纤维表面镀钛以及石墨纤维含量对石墨纤维/Cu复合材料致密度及热导率的影响.结果表明,将平均粒度为12和80 μm的铜粉按1∶2的质量比搭配,再与表面镀钛石墨纤维按1∶1的体积比混合,采用35 MPa先加压后送热的加压方式,于895℃下进行放电等离子烧结,可获得致密度达99.6％、热导率为364 W/(m·K)的石墨纤维/Cu复合材料,是1种很有潜力的电子封装材料.石墨纤维表面镀覆的极薄Ti镀层,可使复合材料在二维平面方向上的热导率从196 W/(m·K)提高到364 W/(m·K).     

放电等离子烧结法制备高导热片状石墨/铝复合材料

以高导热片状石墨和铝粉为原料,通过放电等离子烧结法(SPS)制备高导热片状石墨/铝复合材料。使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对高导热片状石墨/铝复合材料的显微结构和成分进行了表征,观察了复合材料的界面结合状况,分析了烧结温度和烧结压力对复合材料致密化的影响,研究了复合材料中石墨含量对复合材料热导率的影响。研究表明,片状石墨和铝界面结合良好,没有生成界面产物Al4C3。适当的提高烧结温度和烧结压力有利于促进复合材料的致密化,过高的烧结温度容易造成铝液的溢出。当烧结压力为40 MPa,烧结温度为580℃时,高导热片状石墨/铝复合材料的致密度能达到99.7%。当复合材料中石墨含量为60%时,高导热片状石墨/铝复合材料的面向热导率能达到440 W·m-1·K-1,很好地满足了现代社会对电子封装材料的散热要求。     

热冲击对金刚石/铜复合材料的热学性能影响

采用压力浸渗和超高压熔渗法制备不同界面状态的金刚石/铜复合材料,分析界面状态对热学性能的影响,重点研究在-65~125℃和-196~85℃两种热冲击载荷下,循环100周次后材料的热导率和热膨胀系数的变化规律。结果表明:通过添加Cr元素的Dia/CuCr和使用超高压制备的EHV-Dia/Cu,材料的界面状态得到了改善;界面强度的提高,有利于获得高热导率,低热膨胀系数的复合材料。Dia/Cu的热导率仅有459.1 W·m-1·K-1,而EHV-Dia/Cu高达678.2 W·m-1·K-1,Dia/CuCr则为529.7 W·m-1·K-1。-55~125℃的热冲击条件下,Dia/Cu,Dia/CuCr,EHV-Dia/Cu的热导率保持良好的稳定性,变化在2.5%以内。而在-196~85℃的热冲击条件下,Dia/Cu由于界面结合力弱,在热应力的作用下热导率急剧下降;Dia/CuCr和EHV-Dia/Cu则表现出了良好的抗热冲击能力,循环后热导率仅下降3%左右。Dia/Cu和Dia/CuCr的初始热膨胀系数分别为8.45×10-6K-1和6.93×10-6K-1,Cr元素的添加使得界面结合强度提高,低膨胀系数的金刚石对高膨胀系数的基体约束力增加,使得热膨胀系数明显下降。在两种热冲击实验条件下,Dia/Cu的热膨胀系数基本保持不变,Dia/CuCr分别上升6.64%和7.22%。     

放电等离子体烧结制备AlN/Al复合材料

AlN/Al复合材料是一种高导热复合材料,但现有制备工艺较为复杂.本文采用高能球磨的方式制备混合粉末,随后采用放电等离子烧结方法成功制备出AlN-20%Al材料.测试结果表明:制备的AlN/Al复合材料的相对密度大于97%,热导率为52.8W/m·K,烧结温度与传统的AlN相比降低了约200℃.     

金刚石表面改性及基体合金化对金刚石/铜复合材料导热性能的影响

以Pr₆O₁₁为刻蚀剂表面粗糙化处理金刚石颗粒,采用放电等离子烧结技术制备了金刚石/铜（硼）复合材料（金刚石体积分数为60.0%,硼体积分数为0.3%）,通过试验、热流密度模拟和声子谱计算研究了金刚石表面改性及基体硼合金化对金刚石/铜复合材料导热性能的影响。结果表明,粗糙化的金刚石界面增加了接触面积;在基体中添加硼元素,复合材料在烧结后出现B₄C相,B₄C相的形成改善了金刚石–铜两相界面结合状态。金刚石粗糙化与基体合金化两者的共同作用有效减少了界面热阻,优化了热通量传递的效率,提高了复合材料的导热性能。金刚石/铜复合材料热导率从421 W·m?1·K?1提高到了598 W·m?1·K?1,提升了近42%。     

SPS方法制备铜/金刚石复合材料

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备出高体积分数的铜/金刚石复合材料,并对复合材料的致密度、热导率和热膨胀系数等进行了研究.结果表明,采用该方法制备的铜/金刚石复合材料微观组织均匀,致密度分布为94%~99%,最高热导率为305W·(m·K)^-1,热膨胀系数与常见电子半导体材料相匹配,能够满足电子封装材料的要求.     

放电等离子烧结Ti_3SiC_2/金刚石复合材料的组织结构与磨削性能

采用Ti_3SiC_2粉体和不同粒度的金刚石颗粒为原料,通过放电等离子烧结制备Ti_3SiC_2结合剂/金刚石复合材料,研究金刚石粒度与烧结温度对该材料的物相组成、显微形貌以及磨削性能的影响。结果表明,烧结过程中,Ti_3SiC_2分解生成Si与TiC_x。当金刚石粒度较细(W20)时,金刚石表面的C元素与TiC_x充分反应,生成厚度约为1μm的TiC过渡层,Ti_3SiC_2结合剂/金刚石复合材料中存在许多孔隙,烧结温度为1 200~1 400℃时,该材料的主相是TiC_x,TiC和Ti_3SiC_2,当温度升高至1 500℃时,主相为TiC,含有少量Ti_3SiC_2;金刚石粒度较粗时(30/40,120/140目),在1 200℃温度下烧结的复合材料的主相均为Ti_3SiC_2与TiC_x,1 500℃下烧结时,含30/40目金刚石的复合材料主相为TiC和Ti5Si3,含少量Ti_3SiC_2,含120/140目金刚石的复合材料主相为TiC,含少量Ti_3SiC_2。用粒度为120/140目的金刚石颗粒制备的Ti_3SiC_2结合剂/金刚石复合材料的磨削性能最好,当烧结温度为1 400℃时,磨耗比达到6 857。     

Mechanical and microstructural properties of titanium/hydroxyapatite functionally graded material fabricated by spark plasma sintering

ABSTRACT

In this article, different functionally graded material specimens were made from titanium powder and hydroxyapatite (HA) submicron particles. The spark plasma sintering method was applied to fabricate the specimens. Two kinds of starting powder mixture were used: mixed powder and ball-milled powder. Percentage of HA was changed from 0 vol.-% to 40 vol.-% in the different number of layers (2, 3 and 5-layer). The effects of the number of the layers and ball-mill process were investigated on microstructure, microhardness, compressive strength and fracture surface. The results show that the grain size has been enhanced by increasing the amount of HA in the layers. In addition, the Vickers microhardness has been first increased by enhancing the percentage of HA, while it has been decreased in the layers with a higher amount of it. Furthermore, the highest compressive strength could be achieved in the five-layer samples. Moreover, specimens with ball-milled powder have higher microhardness and less compressive strength.     

Characterisation of nickel alloy powders processed by spark plasma sintering

Abstract

In this study, nickel alloy powders were consolidated by spark plasma sintering. Experiments were performed between 700 and 750°C temperature range under 50 MPa pressure with holding times from 5 to 10 min. In addition to these main spark plasma sintering parameters three different heating rates ranging from 100 to 235°C min^?1 and two different particle size ranges (75–106 μm narrow size distribution and ?45 μm wide size distribution) were used for the experiments. After sintering, the sliding wear behaviour of the samples was investigated. The results revealed that the density of the material increased with raising the sintering temperature and holding time. However, heating rate and particle size also played an important role in the densification and these parameters were investigated in detail.     

Synthesis and characterisation of Al2O3/Ni-type composites obtained by spark plasma sintering

This paper presents the influence of sintering on the structure, morphology and compressing strength of alumina/nickel composite compacts obtained by spark plasma sintering (SPS). Al₂O₃/Ni composites were prepared by SPS in argon atmosphere at temperatures in the range of 1000–1200 –C with a holding time of 2, 5 and 10?minutes. The heating rate was 200 C?min^?1. These composites have been characterised by X-ray diffraction, SEM and EDX. The relative density and compressive strength of the as-obtained compacts were determined. The results showed that the alumina particles are uniformly dispersed in a quasi-continuous Ni network, and there was no sign of phase changes during sintering. The maximum strength of the alumina/nickel composite with a content of 75 vol. ? Al₂O₃ and 25 vol. ? Ni was about 240?MPa for the samples sintered at 1200?C for 10?minutes.

Special block from the conference RoPM2017 guest edited by Ionel Chicinas, Technical University, Cluj-Napoca.     

放电等离子体烧结NdFeB永磁材料力学性能的研究

采用传统烧结技术和放电等离子体烧绱技术（SPS）制备相同成分的烧结NdFeB水磁合金。研究了所制备合金的力学性能和断裂行为。利用扫描电子显微镜观察了合金的显微组织和断口形貌；测量了合金的抗弯强度并对磁体的力学性能进行评价。结果表明：SPS NdFeB磁体的抗弯渔度较传统烧结体有显著的提高，前者a bb=402．25MPa，后者abb=278．97Mpa；SPS NdFeB磁体显微绀织主相晶粒细小均匀、富稀土相细小弥散且彼此隔断，断口观察发现了较明显的撕裂棱及一些解理断裂；而传统烧结磁体主相晶粒粗大、富稀土相粗大且彼此连接。沿晶断裂特征明显。     

放电等离子烧结技术制备HA/Ti生物活性复合材料的研究

利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了HA／Ti生物复合材料。研究了烧结温度对烧结成分和微观结构的影响。结果表明，SPS可以大大降低烧结温度。HA／Ti(质量分数比为70％／30％)复合材料在900℃可实现良好的烧结，HA不分解，保持了HA的结构和含量。并实现了Ti合金与Ti粉的良好烧结结合。