放电等离子烧结技术与新材料研究

详细介绍了放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)技术的工艺特点、特殊的烧结机理以及设备发展概况.重点阐述了SPS新材料研究开发的国内外发展现状,包括梯度材料、综合性能优异的稀土永磁Nd-Fe-B材料、热电能源转换材料(CoSb3系列)、原位合成的WC块体材料、超细或纳米晶WC-Co硬质材料和SPS烧结过程组织演变及机理等.最后展望了SPS新材料在中国的发展前景及应该采取的对策.     

放电等离子烧结制备功能材料的最新进展

介绍了放电等离子烧结(SPS)技术的工艺特点和SPS设备在国内外的发展概况。重点阐述了SPS在新材料研究中的应用和取得的最新研究进展,特别是在纳米稀土金属材料、纳米稀土合金材料、纳米稀土永磁材料、稀土硼化物电子材料和热电材料等方面的研究成果。最后展望了SPS新材料在中国的发展前景及应该采取的对策。     

放电等离子烧结(SPS)技术与新材料研究

放电等离子烧结(SPS)作为一种材料的绿色制备新技术,正成为国内外材料领域的研究热点.介绍了SPS的工艺特点和装置、国内外发展状况以及特殊的烧结机理;阐述了SPS在功能梯度材料、生物材料、超细或纳米晶WC-Co硬质材料、镁合金等新材料制备方面的应用及优势.最后分析了SPS技术亟待解决的问题和今后的发展趋势.     

放电等离子烧结技术的原理及应用

放电等离子烧结(SPS)是一种用于材料烧结致密化的新技术，为深入研究和探讨其技术优势，介绍了SPS的基本原理和系统的组成，讨论了SPS技术在纳米材料的制备、梯度功能材料的烧结和高致密度、细晶粒陶瓷制备等方面的应用，并对其研究和应用前景予以展望。     

放电等离子烧结(SPS)技术

放电等离子烧结（SPS）技术是一种新型的材料制备技术。介绍了SPS技术的发展概况、原理、特点及在材料制备领域的应用。最后，对SPS主发展前景进行了展望。     

放电等离子烧结中颈部形成机理探讨

放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)是一种新的固体压缩烧结技术,它具有升温速度快、烧结时间短、冷却速度快、外加压力和烧结气氛可控、节能环保等鲜明特点,成为材料发展和组织优化的有力工具.SPS在材料制备中的应用越来越广泛,但现阶段对SPS烧结过程的认识远未形成统一观点.SPS过程中颈部的形成是一个关键的阶段,影响到整个烧结过程.本文针对火花等离子烧结颈部的形成机理进行分析认为(1)在SPS烧结非金属材料过程中颈部的形成机理可能是塑性变形和蠕变;(2)导电材料烧结颈部形成过程中可能有火花放电现象发生,其主要机理可能是熔化和凝固、塑性变形、蠕变.同时,本文以纯铜为例,对其SPS烧结过程和结果进行了分析,对烧结过程中颈部的形成情况进行观察,并给出了解释.     

稀土钼SPS烧结体阴极的次级发射性能和微观结构研究

利用湿法冶金的方法制备了稀土-钼粉末，然后用SPS快速烧结的方法制备了稀土-钼烧结体阴极材料，并测试了材料的发射性能。通过XRD和SEM对材料进行了物相、元素分布与含量的研究。测试结果表明用SPS烧结方法制备的稀土-钼阴极材料的次级发射系数达到3．84，比常规烧结方法制备的阴极材料的次级发射系数(2．92)大很多。用SPS烧结的方法可得到晶粒比较细小且分布比较均匀的烧结体，并发现材料经过1600℃的高温激活后稀土元素将富集于材料的表面，在表面形成一厚为5μm左右的稀土氧化物薄膜。     

特种陶瓷材料快速烧结新技术研究

特种陶瓷作为工程材料的重要组成部分具有广阔的工业应用前景。传统烧结方法制备的特种陶瓷晶粒粗大且性能较差,高耗能和高耗时的特点也不符合绿色可持续发展的要求。快速烧结新技术的发展为这一难题提供了解决方法,利用快速烧结技术,陶瓷材料的制备时间和能耗大大降低,同时其在烧结过程中的晶粒生长也受到抑制,材料性能得以优化。主要围绕放电等离子体烧结(SPS)、高温自蔓延烧结(SHS)和基于这两种技术发展的烧结新方法(SPS Plus, SHS Plus),从烧结机理和实际应用的角度总结了特种陶瓷材料快速烧结新技术的发展。研究表明快速烧结新方法在快速制备、陶瓷连接、梯度和纳米陶瓷制备方面有独特的技术优势。     

放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。     

AgSn18SbTe20无铅中温热电材料的粉末冶金法制备工艺及其对性能的影响

研究了制备p型AgSn₁₈SbTe₂₀无铅热电材料的机械合金化(MA)结合放电等离子烧结(SPS)工艺, 调查了MA过程中球磨时间和SPS温度对材料电热传输性能和热电优值的影响, 分析了样品的物相和显微结构。研究表明, 适当延长球磨时间和降低烧结温度, 可以有效提高材料的热电性能。优化制备条件可以实现59%的性能提升, 最佳条件(球磨12 h、SPS温度743 K)下制备的样品ZT值在723 K达到0.62。     

Mg-Si-Sn基热电器件电极材料的优化选择与连接工艺

研究了采用不同放电等离子烧结(SPS)工艺获得的单质金属(Ni、Cu、Ag、Al)电极与Mg-Si-Sn基热电材料结合界面的微观形貌和成分分布特征, 测试了合金(Ni-Al、Cu-Al)、金属/合金复合电极材料的热膨胀系数、电导率和热导率等物性参数。实验结果表明: 通过SPS烧结可以有效实现电极材料与Mg-Si-Sn基材料的连接, 复合电极材料Ni-Al/Al(60:40)和Cu-Al/Cu(45:55)具有高的电导率和热导率, 并且热膨胀系数与Mg-Si-Sn基热电材料相匹配, 有可能成为Mg-Si-Sn基材料的较理想电极材料。     

微纳结构Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)热电材料的制备及性能研究

采用熔融法结合SPS烧结技术制备了不同Yb含量掺杂的Co Sb3块体热电材料,当Yb含量为0.3时,其热电性能最佳,ZT值在800 K达到了1.19。随后采用高能球磨技术,对熔融法合成的Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)粉体进行球磨得到纳米尺度粉体,利用SPS烧结技术制得Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)块体热电材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、热电测试装置(ZEM-3)及激光热导仪等仪器对样品进行表征。XRD分析结果表明球磨后Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)粉体没有发生相变和分解。从FESEM和TEM分析结果可以看出,球磨可以显著细化粉体,SPS烧结之后样品的晶粒尺寸小于500 nm,其中部分晶粒小于100 nm。通过对比球磨前后粉体SPS烧结样品的热电性能发现,晶粒尺寸减小之后塞贝克系数有一定程度的增加,热导率下降明显,降低了1/3,但是材料的电导率下降更为显著,降低了10倍左右,因此导致材料最终的ZT值相应下降。     

Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2室温磁致冷材料的制备新技术

利用机械合金化（mechanical alloying，简称MA）和放电等离子烧结技术（spark plasma sintering，简称SPS技术）制备了Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2室温磁致冷材料。利用XRD和SEM分析了烧结样品的相结构和显微组织．发现材料在合金化之后形成了单相结构，并在SPS烧结后保持不变。此外DSC的测量结果表明所制备烧结样品的居里温度瓦在-11℃附近，可应用于室温区磁制冷。上述结果说明利用MA和SPS技术合成Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2是一种简易、有效的新途径。     

Nb-Si超高温材料的放电等离子烧结(SPS)工艺研究EI北大核心CSCD

以Nb,Si粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了二元Nb-Si超高温材料,研究了烧结温度、保温时间、加热速率和冷却速率等工艺参数对材料物相组成、微观组织和室温力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1300℃以上时,材料主要由Nbss(铌基固溶体)和α-Nb5Si3两相组成,材料的致密度和室温力学性能随着烧结温度的升高而不断提高,在1600℃制备的材料力学性能最好;在1600℃时,随着保温时间的延长,材料的物相组成和微观组织基本没有变化,而其力学性能有小幅度提高;较慢的加热速率和烧结完成后较快的冷却速率均有利于提高材料的室温力学性能。应用优化后的SPS工艺,制备出了室温综合力学性能优异的Nb-Si超高温材料。     

高性能烧结材料开发技术的最新动向

新材料的开发和研制与粉末技术的发展息息相关,因此烧结技术作为陶瓷粉冶制品、有机粉末等粉体固化技术日益获得广泛的应用,而且由于通过烧结现象可以显著提高材料的特性和有可能生产具有新功能的新型材料,烧结技术目前已成为举世瞩目的高技术之一。本文将简要介绍烧结技术和高性能烧结材料的最新动向。陶瓷材料的热等静压技术热等静压技术(HIP)是美国于1955年创立的主要用于核工业元件固相扩散按合的先进技术,并于60年代末期由瑞典率先用于采用传统粉冶法难以烧结的粉末的加工处理,从而开创了HIP应用于陶瓷烧结体的历史,使HIP技术获得了长足的发展,成为当前新材     

纳米Cu粉末的SPS烧结与晶粒长大行为的研究

为了研究金属材料在放电等离子烧结(SPS)过程中晶粒的长大行为和激活能的变化情况,利用SEM、FESEM、TEM等技术分析测定了纳米Cu粉坯体在SPS过程中组织形貌和晶粒尺寸的变化情况.研究表明:特定的工艺和烧结制度下,应用SPS技术可以得到均匀、致密的组织;脉冲电流的作用使晶粒表面大大活化,晶粒长大激活能大大降低,材料在迅速烧结的同时,晶粒也迅速长大.     

添加燃烧合成晶种SPS烧结Yb α-SiAlON陶瓷

通过燃烧合成技术制备单相Ybα-SiAlON粉体，然后作为晶种添加到原料中利用SPS技术快速烧结出致密Ybα-SiAlON陶瓷．对SPS烧结过程中试样的致密化、相转变和形貌发育进行了研究，并探讨了添加晶种对烧结产物相组成和微观形貌的影响．实验结果表明，SPS可使试样迅速完成致密化过程，适当的烧结温度和保温时间可以促进相转变和晶粒发育．添加晶种，不仅促进了相转变过程，而且可以在烧结体内获得柱状晶，有助于改善材料的韧性．     

放电等离子烧结技术及其在陶瓷制备中的应用

综述了放电等离子烧结(SPS)技术在国内外的发展概况,简单介绍了SPS系统的基本配置,深入探讨了SPS的烧结机理及其技术特点,着重介绍了SPS技术在制备高致密度、细晶粒陶瓷等方面的应用,并对燃烧合成氮化硅粉体进行了放电等离子烧结的试验研究,得到了机械性能优于热压烧结的氮化硅陶瓷.结果证明放电等离子烧结在陶瓷的快速致密化中显示出了极大的优势,是一项有重要使用价值和广泛前景的新技术.     

制备工艺对n型Bi_2Te_3基材料热电性能和抗压强度的影响

以商用区熔(ZM)n型Bi2Te3基材料为原料,采用简单研磨结合放电等离子烧结技术(ZM+SPS)和熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结技术(MS+SPS)制备了n型Bi2Te3基块体热电材料.对三种不同工艺制备出样品的微结构、热电性能和力学性能进行了研究.FESEM微结构表征结果表明:区熔样品的晶粒粗大,有较强的取向性;经SPS烧结后,晶粒细化,取向性大为降低;而区熔样品经MS+SPS后,晶粒得到进一步细化,且没有明显的取向性.对三组样品进行的热电性能和抗压强度测试,结果表明:区熔原料最大ZT值为0.72(430K),抗压强度仅为40MPa;经SPS后,样品的最大ZT值为0.68(440K),抗压强度为110MPa,相比区熔样品提高了175%;MS+SPS样品的最大ZT值为0.96(320K),其室温ZT值相比区熔样品提高了64%,抗压强度相比区熔样品提高了400%,达到200MPa.     

热处理对放电等离子烧结NdFeB永磁材料的影响

采用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering,简称SPS)制备了高性能新型NdFeB永磁材料.研究了热处理工艺对SPS NdFeB磁体的组织和性能影响,采用扫描电镜、B-H回线仪研究磁体的显微组织和磁性能.结果表明,不同烧结温度的SPS烧结体对不同温度的热处理表现出同样的规律性,最佳热处理温度为1050℃.SPS NdFeB磁体的热处理过程,富稀土相成分和结构发生改变.在优化工艺条件下制备出最佳性能为Br=1.351T,Hci=674.4kA·m-1,BHm=360.4 kJ·m-3的新型SPS NdFeB磁体.