Al、Cu二元合金系烧结过程的原位观察

利用高温光学显微镜(HTOM)对由纯铝粉和纯铜粉制得的二元粉末体系进行了原位烧结试验,原位观察结果表明:经典烧结理论对塑性粉末体系不再适用;该体系烧结的典型物理过程可概括为颗粒边界熔化、晶界熔化、颗粒熔化,最后为合金元素铜的扩散均匀化,而这四个阶段在时间上并不能严格分开,而是交叠进行的;边界熔化受颗粒表面氧化膜破碎、表面曲率和颗粒变形等因素影响;晶界扩散在烧结过程中始终起着非常重要的作用。这些结果为进一步合理制定和优化烧结工艺提供了直接的参照依据。     

Al-10Mg二元合金系烧结过程的原位观察

烧结是粉末冶金工艺中至关重要的一环,为了加强对烧结过程的直观认识,利用高温光学显微镜(HTOM)对Al-10Mg的二元纯金属粉末体系进行了烧结的原位观察试验,发现该体系烧结的典型物理过程是:镁颗粒边界熔化,镁晶界熔化,最后为镁颗粒熔化;镁颗粒熔化进程不同步;当烧结温度超过某一临界温度Tc时,镁颗粒迅速熔化;而且烧结速度随冷坯密度的提高而加快,这为进一步合理优化烧结工艺提供了直接的参照依据.     

Al-Mg粉末烧结过程中晶界扩散的原位观察

利用光学高温金相显微镜对Al-10Mg二元纯金属粉末体系的烧结过程进行原位观察，发现在镁颗粒内部晶界优先熔化，这是由于铝沿镁晶界的扩散系数远高于晶内扩散系数，在镁的晶界优先满足共晶的浓度条件而熔化造成的，从而直接证实晶界确是元素扩散的一条快速通道。     

UO2烧结过程的相场模拟

利用相场模型对UO_2陶瓷粉末的烧结过程进行了模拟。在修正的相场模型中,不仅考虑了表面扩散、晶界扩散和晶格扩散3种各向异性的扩散机制对烧结组织形貌和烧结动力学的影响,而且考虑了不同陶瓷颗粒之间的界面能对烧结形貌的影响。基于实验条件和热力学物性参数,对UO_2陶瓷粉末在2000 K的烧结过程进行了模拟。模拟结果显示:初始形貌为圆形的陶瓷粉末有利于烧结过程的进行;烧结过程中存在大晶粒吞噬小晶粒的现象;晶界扩散机制是UO_2烧结过程中的主导机制;晶界能的改变导致晶界与相界之间的平衡二面角发生改变。在此基础上,模拟了多晶UO_2陶瓷粉末的烧结过程,模拟结果与实验结果吻合较好。     

Mo粉末烧结现象与烧结机制研究

采用相场法建立了表面扩散、晶界扩散、体积扩散和蒸发一凝聚机制共同作用下的Mo粉末烧结模型。模拟过程中观察到了烧结颈的形成与长大、气孔的封闭、球化和消失以及晶粒的吞并与长大等现象;模拟结果表明,Mo粉末烧结过程前期烧结颈长的主导物质传输机制为表面扩散,烧结过程中气孔封闭现象的出现主要受体积扩散和界面迁移率的影响。     

烧结温度对Micro-FAST制备TiAl合金组织和性能的影响

为解决TiAl合金成形困难的问题,以Ti、Al元素粉末为原料,采用Micro-FAST制备Ti-47Al合金,研究不同温度(7001050℃)对TiAl合金组织和性能的影响,并且探究了烧结过程中颗粒的迁移机制。结果表明,700℃烧结时不能形成典型组织,主要相为TiAl3;800℃及以上烧结时为岛状组织,主要相为大量的TiAl和少量的Ti3Al;在1050℃烧结时具有最佳的综合力学性能。烧结过程由多种扩散机制共同控制,随着烧结的进行,依次为蒸发-凝聚、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。     

烧结与扩散——在烧结过程中通过扩散机构的物质迁移

烧结是粉末冶金中一个非常复杂的工序。在烧结过程中粉末体的孔隙度要减少,密度要增加。粉末颗粒间的相互粘结和孔隙的被填充都需要物质迁移。本文对烧结过程中粉末体的致密化和物质迁移的扩散机构:体积扩散,表面扩散和晶界扩散,进行了理论上的总结和实验的论证。烧结过程中粉末体内孔隙的消除已有许多实验证明在没有外加应力的情况下,主要是通过体积扩散和晶界扩散进行的。通过钨的表面自扩散的研究,证明当塔曼温度指数小于0.7时起主导作用的物质迁移是表面扩散。并且随着温度的升高体积扩散的作用越来越显著。少量镍对钨的活化烧结和微量硼对 AlNiCo400等磁性材料的活化烧结均证明:烧结过程中的物质迁移主要是通过扩散机构来进行的。烧结是粉末冶金中一个非常重要的工序。它对粉末冶金制品的性能有着决定性的影响。烧结也是一个非常复杂的过程,粉末压坯在烧结过程中要发生许多物理化学的变化。而且在不同的条件下,这些物理化学过程对烧结的影响是不一样的。总的说来,在没有外加压力的情况下,粉末体烧结过程的原动力是系统总表面能的减少。烧结后粉末体的强度要提高,密度要增加,孔隙度要减少。人们对烧结过程进行过不少的研究,提出了模型,由模型推算出了各种公式来描述烧结过程的物质迁移机构,并进行了许多的实验研究。但是,由于烧结过程的复杂性,需要不断地进行科学实验的实践,以揭露和发现烧结过程中的一些规律。本文只对烧结过程中粉末颗粒的相互粘结和致密化过程中的物质迁移机构进行一些理论上的总结和提供一些实验证明。许多实验研究的结果证明:在没有外加应力的条件下,烧结时的物质迁移主要是通过体积扩散、表面扩散和晶界扩散进行的。     

Microstructure and Formation Mechanism of Porous Ti-Al Intermetallics Prepared by Pressureless Sintering

以Ti和Al 2种粉末为原料,采用粉末压制-无压烧结技术制备了TiAl多孔材料,并对其宏观形貌、相组成、孔结构、反应机制和孔隙形成机理进行了分析。结果表明：Ti-Al粉末压坯在烧结过程中发生了明显的体积膨胀,多孔材料的总孔隙率为49.88%~57.53%,开孔率为47.60%~56.15%。多孔材料主要由连续的颗粒骨架、骨架之间的大孔隙和骨架内部的小孔隙构成,孔隙主要来自粉末压坯颗粒之间存在的原始大孔隙、无压烧结过程中先熔化的Al颗粒在毛细作用下发生流动形成的原位大孔隙和析出过程在Ti-Al产物颗粒之间形成的小孔隙。Ti-Al多孔材料主要由TiAl3单相构成,无压烧结过程中Ti-Al之间发生了热爆反应。     

无压烧结Ti-Al多孔材料的组织结构与反应机制

以Ti和Al 2种粉末为原料,采用粉末压制一无压烧结技术制备了TiAl多孔材料,并对其宏观形貌、相组成、孔结构、反应机制和孔隙形成机理进行了分析。结果表明:Ti-Al粉末压坯在烧结过程中发生了明显的体积膨胀,多孔材料的总孔隙率为49.88%~57.53%,开孔率为47.60%~56.15%。多孔材料主要由连续的颗粒骨架、骨架之间的大孔隙和骨架内部的小孔隙构成,孔隙主要来自粉末压坯颗粒之间存在的原始大孔隙、无压烧结过程中先熔化的Al颗粒在毛细作用下发生流动形成的原位大孔隙和析出过程在Ti-Al产物颗粒之间形成的小孔隙。Ti-Al多孔材料主要由TiAl_3单相构成,无压烧结过程中Ti-Al之间发生了热爆反应。     

UN核燃料烧结致密化过程的相场模拟EI北大核心CSCD

引入了平移和旋转等作用过程,建立了烧结致密化过程的相场模型,分析了平流通量刚体运动对烧结颈的形成、平衡二面角和烧结致密化过程的影响。模拟结果表明,引入平流通量刚体运动在烧结初期加快了烧结颈的形成,而在烧结后期作用不明显;烧结相场模型中是否引入平流通量不影响晶界平衡二面角的取值;致密化过程的气孔收缩分为3个阶段,分别是烧结初期的表面扩散主导阶段、平流通量取代表面扩散的阶段和致密化完成阶段;增大平移迁移率能加快致密化过程、增加致密化程度,但超过一定阈值后其作用达到饱和;颗粒完成致密化收缩后会形成稳定的三叉晶界(夹角120°),多晶UN烧结模拟形貌演化中三叉晶界的形成和气孔收缩致密化的行为与实验结果一致。