单质导电材料SPS过程中颈部形成机理

研究了单质导电材料在放电等离子烧结(SPS)过程中颈部形成的机理。以纯铜粉末为例,研究不同烧结阶段的显微组织特征,并建立描述颈部形成机理的两颗粒模型,计算从颗粒几何中心到两颗粒接触点的温度分布。结果表明,颗粒内的温度分布极不均匀,颈部区域的温度可以达到材料的熔点甚至沸点。因此,SPS过程中颈部形成的根本原因是瞬时局部高温造成颗粒接触部位的熔化甚至汽化,形成粘结。     

机械合金化法合成Ti60Al40粉末及脉冲放电等离子烧结

采用扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜对用机械合金化法制备的Ti60A l40纳米级粉末及其SPS烧结块体的形貌、组织及微观结构进行了研究。结果表明,Ti和A l的粉末随着球磨时间的延长有明显地细化趋势,球磨5h后产生非晶,20 h后完全接近非晶相。采用脉冲放电等离子烧结(SPS)技术,在1200℃温度下能够制备出较高硬度的Ti-A l金属间化合物块体材料。     

纳米Cu粉末的放电等离子烧结

利用放电等离子烧结装置考察了纳米铜粉坯体的升温过程,研究了烧结速度和烧结温度对烧结等效电阻、烧结体相对密度及晶粒尺寸的影响。结果表明：在烧结过程中存在着最佳的烧结速度,当烧结速度为150℃／min时,样品致密度达到峰值88％左右,晶粒的平均尺寸接近200nm,且烧结的等效电阻随升温速度的增加而降低;纳米Cu粉末在250℃时开始烧结成块,随烧结温度提高,烧结致密度不断提高,电阻降低;但是当升温速度过快,烧结温度过高时,出现反致密化现象。     

放电等离子烧结可加工Ti2AlC陶瓷的研究

以自蔓延高温合成（SHS）的Ti2AlC粉体为原料，利用放电等离子烧结技术（SPS）研究了Ti2AlC陶瓷的烧结制备。结果表明：烧结温度1250℃，压力20MPa，真空烧结，保温5min，可获得相对密度98．6％，维氏硬度为4．3GPa的致密烧结块体；烧结样品的维氏硬度随烧结温度升高而增大，但高于1250℃后随温度升高反而减小，SPS方法烧结Ti2AlC陶瓷的最佳温度为1250℃，当烧结温度≥1350℃时Ti2AlC分解；SEM分析表明，SPS技术烧结制备的Ti2AlC陶瓷片层尺寸随烧结温度的升高而增大。     

CoSb3的机械合金化合成过程及其放电等离子烧结

采用机械合金化(MA)在球磨转速为250r/min～350r/min条件下,制备颗粒直径为1μm～4μm的CoSb3粉末,然后利用放电等离子烧结(SPS)得到单相CoSb3块体材料.主要讨论了MA时间、转速以及SPS烧结条件对CoSb3相形成的影响以及MA机理.结果表明,在MA时间为36h时有大量CoSb3生成,但仍存在少量Sb和Co,MA时间过长会有大量CoSb2相生成,说明机械合金化时间存在一个最佳值;在SPS烧结过程观察到有压力突增现象,机械合金化时间越长的样品压力突增的温度点越高.本实验从非平衡热力学观点,解释了利用MA-SPS工艺制备CoSb3的过程.     

机械合金化法合成Ti60A140粉末及脉冲放电等离子烧结

采用扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜对用机械合金化法制备的Ti60A140纳米级粉末及其SPS烧结块体的形貌、组织及微观结构进行了研究。结果表明，Ti和Al的粉末随着球磨时间的延长有明显地细化趋势，球磨5h后产生非晶，20h后完全接近非晶相。采用脉冲放电等离子烧结（SPS）技术，在1200℃温度下能够制备出较高硬度的Ti-Al金属间化合物块体材料。     

WC/Co粉体粒径匹配与放电等离子烧结致密化

对放电等离子烧结(SPS)不同粒径匹配的WC/Co混合粉末的收缩过程进行了系统分析.结果表明,SPS烧结不同WC粒径混合粉末时,烧结体开始收缩温度、收缩速率峰值温度和致密化完成温度基本相同;对不同Co粒径混合粉末,三种温度随Co粉初始粒径的减小而降低,即SPS烧结过程与WC粒径无关而与Co粒径密切相关.SPS致密化过程中收缩速率随温度的变化、收缩速率与相对密度的关系均与常规烧结不同,其开始收缩温度和收缩速率峰值温度均较常规烧结低,同时收缩速率峰值处所对应的相对密度也较常规烧结低.这说明在常规烧结中粉末在大量液相出现(即收缩速率出现峰值时)之前已完成很大程度的收缩致密化,而SPS烧结中大量液相出现之前粉末的收缩致密化程度较低.     

放电等离子烧结制备WC-Co硬质合金温度分布的数值模拟

以WC-Co复合粉末为烧结原料,在实验测定石墨模具和试样的物性参数的基础上,采用有限元法对硬质合金SPS过程中烧结系统的温度分布进行研究。结果表明：试样烧结过程中,烧结系统内的温度分布不均匀,烧结温度较低时,高温区域位于硬质合金试样内,随着烧结温度的升高,高温区域向压头转移,热量由试样和压头向模具传递;试样中心温度高于模具中心的测定温度,它们之间的差值与试样加热速率变化趋势一致。模具中心温度的模拟预测结果与实验测定结果基本吻合。     

放电等离子烧结粉末材料的多场耦合有限元模型及其数值模拟

提出了改进的放电等离子烧结粉末材料的有限元模型,该模型实现了温度场、电场和位移场的耦合.考虑到放电等离子烧结的一步成形工艺,将粉末材料的热电性能参数假设为温度和密度的双变量函数.结果表明,在烧结初期,接触电阻在升温过程中起到至关重要的作用;伴随着致密化进程和电流的增大,系统的最大温度区域由石墨冲头末端向粉末内部移动;引入随位移变化的接触热阻和接触电阻有助于描述接触部位的非连续温度场变化;模具热电偶位置处的实测温度和该模型的预测结果基本吻合.     

放电等离子烧结Nd—Fe—B过程特征

研究了不同烧结温度下,放电等离子烧结的Nd-Fe-B永磁体在烧结过程中样品收缩量随温度的变化,讨论了提高样品密度的措施.放电等离子烧结的Nd-Fe-B永磁体晶粒细小且均匀,晶粒平均尺寸为3.8 μm,为一般传统粉末烧结制备Nd-Fe-B磁体晶粒尺寸的1/4.     

SPS烧结Ti-25Ta-3Ag合金的组织演变与腐蚀行为研究

用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征;采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀;另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO₂和Ta₂O₅氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

脉冲放电等离子烧结NiAl金属间化合物的组织与性能

通过脉冲放电等离子烧结技术对经机械合金化法合成的NiAl金属间化合物粉末进行了烧结,研究了NiAl金属间化合物的微观组织和力学性能。结果表明,在较低温度下可制备接近完全致密的NiAl金属间化合物块体材料。     

后热处理工艺对放电等离子烧结制备NdFeB磁体的影响

放电等离子烧结(SPS)技术是制备NdFeB合金材料的一种新型工艺方法。本文研究了后热处理工艺对放电等离子烧结制备NdFeB磁体磁性能的影响，同时考察了后热处理工艺对SPS NdFeB磁体微观组织结构和尺寸精度的影响。在适当的后热处理工艺条件下，得到了细晶高性能NdFeB磁体。结果表明可以通过后热处理进一步改善SPS烧结磁体的磁性能，论证了采用SPS技术制备近净成形的细晶高性能NdFeB磁体是完全可行的。     

叠层加压SPS烧结制备梯度硬质合金

采用叠层加压SPS烧结法制备致密的YG10/YG20梯度结构硬质合金。通过调整WC粒度和添加微量元素B来调整烧结温度,使含钴量低的粉末与含钴量高的粉末的烧结温度相近。研究了烧结温度对致密度、组织形貌、显微硬度和断裂韧性的影响,分析了沿梯度截面上C,Co,W等成分、显微硬度的变化及YG10/YG20界面的结合情况。结果表明:原始WC粒度为1μm的YG10+0.05%B混合粉末和9μm的YG20混合粉末都能在1100℃~1160℃烧结致密,相对密度达到99%以上,晶粒尺寸均匀,梯度界面结合良好,没有开裂现象。低钴端的硬度达到了15500MPa~16000MPa,高钴端的硬度为11100MPa;在294N载荷的作用下低钴端的断裂韧性为12.62MPa·m1/2,而高钴端在这一载荷的作用下没有出现裂纹,断裂韧性较高,从而实现了硬质合金一端具有高硬度,另一端具有良好的韧性的有机结合。     

放电等离子烧结原位制备LaB6多晶纳米块体阴极材料

用氢直流电弧法制备La-LaH2纳米粉末,再采用放电等离子烧结技术,在原位、"无氧"条件下成功制备高纯LaB6多晶纳米块体热阴极材料,并系统研究放电等离子烧结温度、压强对材料物相、结构和性能的影响.结果表明,材料中形成单相的LaB6,纯度达到99.867%,平均晶粒尺寸为120 nm,LaB6纳米块体相对密度达到99.2%,维氏硬度达到17.4 GPa,抗弯强度高达245.6 MPa,己达单晶材料的理论抗弯强度值.     

放电等离子烧结制备高铌TiAl合金

以Ti-45Al-8．5Nb-0．2B-0．2W-0．1Y合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备了高铌TiAl合金。结果表明,当烧结温度高于1000℃时,可制备出致密度高、组织均匀的高铌TiAl合金;烧结温度对合金的显微组织影响显著,通过改变烧结温度可得到具有近γ（NG）、双态（DP）、近片层（NL）、全片层（FL）4种典型组织的高铌TiAl合金：合金的室温力学性能与显微组织密切相关,当烧结温度为1100℃时,所制备合金显微组织为细小双态组织,其抗拉强度为1024MPa,延伸率为1．16％,显示出较好的室温力学性能。