【正文】 ， 具體的溫度 ， 可在有關(guān)的差熱分析和失重?cái)?shù)據(jù)中找到 。 只有當(dāng)固相物質(zhì)逐步溶入或新的化合物形成 ，使粘度上升或消耗液相時(shí) ， 才能繼續(xù)升溫 。 （ a） 最高燒結(jié)溫度的確定 在生產(chǎn)或研究工作中 ， 某一具體瓷料最高燒結(jié)溫度的確定 ， 當(dāng)然可在其有段 相圖 中找到有關(guān)的數(shù)值 ， 但這只能作為參考 。 ? 一般采用隨爐冷卻 。 例如通過(guò)控制物料的晶體結(jié)構(gòu) 、 晶界 、 粒界 、 顆粒堆積狀況和燒結(jié)氣氛以及引入微量添加物等 ， 以改變燒結(jié)條件和物料活性 ， 同樣可以有效地影響燒結(jié)速度 。 由燒結(jié)機(jī)理可知 ， 只有體積擴(kuò)散導(dǎo)致坯體致密化 ， 表面擴(kuò)散只能改變氣孔形狀而不能引起顆粒中心距的逼近 ，因此不出現(xiàn)致密化過(guò)程 ， 下圖表示表面擴(kuò)散 、 體積擴(kuò)散與溫度的關(guān)系 。因燒結(jié)后期坯體中閉氣孔的氣體壓力增大，抵消了表面張力的作用，此時(shí)，閉氣孔只能通過(guò)晶體內(nèi)部擴(kuò)散來(lái)填充，而體積擴(kuò)散比界面擴(kuò)散要慢得多。 3） 物料粒度的影響 無(wú)論是固態(tài)或液態(tài)的燒結(jié)中 ，細(xì)顆粒由于增加了燒結(jié)的推動(dòng)力 ，縮短了原子擴(kuò)散距離和提高顆粒在液相中溶解度而導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程的加速 。 ? 預(yù)示開始發(fā)展利用化學(xué)方法來(lái)提高物料活性和加速燒結(jié)的工藝 ， 即 活性燒結(jié) 。 ① 物理作用 在 燒結(jié)后期 ， 坯體中孤立閉氣孔逐漸縮小 ， 壓力增大 ，逐步抵消了作為燒結(jié)推動(dòng)力的表面張力作用 ， 燒結(jié)趨于緩慢 ， 使得在通常條件下難于達(dá)到完全燒結(jié) 。 液相燒結(jié)一般分為三個(gè)過(guò)程： ①在顆粒間的液相可以產(chǎn)生毛細(xì)管力，從而引起顆粒間的壓力并使顆粒易于滑動(dòng)，導(dǎo)致顆粒重排和改善顆粒的堆積結(jié)構(gòu)。 外加劑離子的電價(jià)和半徑與燒結(jié)主體離子的電價(jià) 、半徑相差愈大 ， 使品格畸變程度增加 ， 促進(jìn)燒結(jié)的作用也愈明顯 。 ④ 產(chǎn)生液相 燒結(jié)時(shí)若有適宜的液相，往往會(huì)大大促進(jìn)顆粒重排和傳質(zhì)過(guò)程。 ? SPS技術(shù)的推廣應(yīng)用是從上個(gè)世紀(jì) 80年代末期開始的 。 ? 我國(guó)近幾年也開展了利用 SPS技術(shù)制備新材料的研究工作 ， 引進(jìn)了數(shù)臺(tái) SPS燒結(jié)系統(tǒng) ， 主要用于納米材料和陶瓷材料的燒結(jié)合成 。 ?之所以把等離子體視為物質(zhì)的又一種基本存在形態(tài) ， 是因?yàn)樗c固 、 液 、 氣三態(tài)相比無(wú)論在組成上還是在性質(zhì)上均有本質(zhì)區(qū)別 。 等離子體一般分兩類 : 第一類是高溫等離子體或稱熱等離子體（亦稱高壓平衡等離子體） 第二類是低溫等離子體（亦稱冷等離子體） 此類等離子體中 ， 粒子的激發(fā)或是電離主要是通過(guò)碰撞實(shí)現(xiàn) ， 當(dāng) 壓 力 大 于 104Pa時(shí) ， 由于氣體密度較大 ， 電子撞擊氣體分子 ， 電子的能量被氣體吸收 ，電子溫度和氣體溫度幾乎相等 ， 即處于熱力學(xué)平衡狀態(tài) 。 SPS的制造商 Sumitomo公司的 ， 他認(rèn)為：粉末顆粒微區(qū)還存在電場(chǎng)誘導(dǎo)的正負(fù)極 ， 在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電 ， 激發(fā)等離子體 ， 由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分 ， 使物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用 ， 電能貯存在顆粒團(tuán)的介電層中 ， 介電層發(fā)生間歇式快速放電 。 Tamburini等對(duì) SPS過(guò)程中的電流和溫度的分布進(jìn)行了模擬 ，認(rèn)為溫度的分布和電流的分布緊密相關(guān) 。 87 梯度功能材料 梯度功能材料 (FGM)是一種組成在某個(gè)方向上梯度分布的復(fù)合材料 ， 各層的燒結(jié)溫度不同 ， 利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成 。 利用 SPS技術(shù)準(zhǔn)備金屬間化合物 ， 因?yàn)?有效利用了顆粒間的自發(fā)熱作用和表面活化作用 ， 可實(shí)現(xiàn)低溫 、 快速燒結(jié) ， 所以 SPS技術(shù)為制備金屬間化合物的一種有效方法 。 92 3 等離子體放電燒結(jié)的工藝 SPS系統(tǒng)包括一個(gè) 垂直單向加壓裝置 和 加壓自動(dòng)顯示系統(tǒng) 以及一個(gè) 電腦自動(dòng)控制系統(tǒng) ， 一個(gè)特制的帶水冷卻的通電裝置和脈沖燒結(jié)電源 ， 一個(gè)水冷真空室和真空 /空氣 /氫氣 /氧氣 /氫氣氣氛控制系統(tǒng) ， 各種內(nèi)鎖安全裝置和所有這些裝置的中央控制操作面板 。 當(dāng)燒結(jié)由正離子擴(kuò)散控制時(shí) ， 氧化氣氛或氧分壓較高并有利于正離子空位形成 ， 促進(jìn)燒結(jié)；由負(fù)離子擴(kuò)散控制時(shí) ， 還原氣氛或較低的氧分壓將導(dǎo)致氧離子空位產(chǎn)生并促進(jìn)燒結(jié) 。 等離子燒結(jié)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量燒結(jié)溫度是一個(gè)比較困難的問(wèn)題 。 但是 ， 由于設(shè)備本身的限制 ，升溫速率過(guò)快對(duì)設(shè)備會(huì)造成破壞性影響 。 ?自 1991年起 ， 每?jī)赡暾匍_一次國(guó)際 SHS會(huì)議 。 與常規(guī)方法 ， SHS的控制參數(shù)較為嚴(yán)格 （ 見表 ） 。即使有液相存在，空隙率也會(huì)高達(dá) 7%13%。 126 黑色 SHS陶瓷是 SHS燒結(jié)陶瓷的杰出代表 。 04:28:0204:28:0204:28Sunday, March 12, 2023 ? 1乍見翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。 04:28:0204:28:0204:283/12/2023 4:28:02 AM ? 1成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。 上午 4時(shí) 28分 2秒 上午 4時(shí) 28分 04:28: ? 楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。 2023年 3月 上午 4時(shí) 28分 :28March 12, 2023 ? 1業(yè)余生活要有意義，不要越軌。 04:28:0204:28:0204:28Sunday, March 12, 2023 ? 1知人者智，自知者明。 2023年 3月 12日星期日 上午 4時(shí) 28分 2秒 04:28: ? 1楚塞三湘接，荊門九派通。 2023年 3月 上午 4時(shí) 28分 :28March 12, 2023 ? 1行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。 ? 靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。 （ 3）氮化物 SHS陶瓷。 120 （ 2） 熱爆 SHS技術(shù) 熱爆 SHS技術(shù)是將反應(yīng)混合物壓坯整體同時(shí)快速加熱，使合成反應(yīng)在整個(gè)坯體內(nèi)同時(shí)發(fā)生的技術(shù)。 108 研究對(duì)象 鋁、硼、碳 硅化合物 氫化物、 磷和硫化物 高放熱 弱反應(yīng) 109 用 SHS可制備許多新型材料 110 SHS技術(shù)的研究方向 目前 SHS研究中仍存在著最大的問(wèn)題 合成過(guò)程難以控制 SHS科學(xué)工作者的首要任務(wù) 外部環(huán)境（使用如微波、超聲波、電磁場(chǎng)等） 工藝參數(shù) 人為控制 2 111 目前 SHS研究中仍存在著一些問(wèn)題 112 SHS研究方向 ? 結(jié)構(gòu)形成過(guò)程與燃燒的關(guān)系； ? 多維 SHS計(jì)算機(jī)模擬模型； ? 氣相之間和氣相與懸浮物的自蔓延燃燒合成； ? SHS技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)體系； ? SHS技術(shù)制造非傳統(tǒng)性粉末； ? SHS技術(shù)制造納米粉末； ? SHS技術(shù)制造非平衡材料； ? 凈成形制品工藝； ? 產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)； ? 自蔓延機(jī)械化學(xué)合成法； （ 1）宏觀動(dòng)力學(xué)研究 （ 2）微重力作用下 SHS結(jié)構(gòu)和性能特征； SHS的分形技術(shù)研究。 104 三、自蔓延高溫合成 SHS (Selfpropagation High temperature Synthesis), 又稱燃燒合成 (Combustion Synthesis縮寫 CS) 105 自蔓延高溫合成技術(shù)發(fā)展歷史 前 蘇 聯(lián) 科 學(xué) 院 宏 觀 動(dòng) 力 與 結(jié) 構(gòu) 研 究 所Merzhanov、 Borovinskaya和 Skhiro等人在上世紀(jì) 70年代開始了過(guò)渡金屬與硼 、 碳 、 氮?dú)夥磻?yīng)的實(shí)驗(yàn) ， 在研究金屬鈦和硼的混坯塊的燃燒時(shí) ， 發(fā)現(xiàn)燃燒反應(yīng)能以很快的速率傳播 ， 后來(lái)又發(fā)現(xiàn)許多金屬和非金屬反應(yīng)形成難熔化合物時(shí)都有強(qiáng)烈放熱現(xiàn)象 。 102 ? 保溫時(shí)間 延長(zhǎng)燒結(jié)溫度下的保溫時(shí)間 ， 一般都會(huì)不同程度地促進(jìn)燒結(jié)完成 ， 完善樣品的顯微結(jié)構(gòu) ， 這對(duì)粘性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯 ， 而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理的燒結(jié)影響較小 。 一般情況下 ， 隨著燒結(jié)溫度的升高 ， 試樣致密度整體呈上升趨勢(shì) ，這說(shuō)明燒結(jié)溫度對(duì)樣品致密度程度有明顯的影響 ， 燒結(jié)溫度越高 ， 燒結(jié)過(guò)程中物質(zhì)傳輸速度越快 ， 樣品越容易密實(shí) 。 96 選擇適當(dāng)模具 計(jì)算所需粉體質(zhì)量 填充模具 施加壓力 放入等離子體燒結(jié) 靜壓成型 電腦調(diào)節(jié)燒結(jié)參數(shù)等離子體快速燒結(jié) 試樣成品 性能檢測(cè)與研究 97 ? 試驗(yàn)操作：將試樣裝入石墨模具中 ， 模具置于上下電極之間 ， 通過(guò)油壓系統(tǒng)加壓 ， 然后對(duì)腔體抽真空 ， 達(dá)到要求的真空度后通入脈沖電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 。 因此燒結(jié)時(shí)間可以大為縮短 ， 燒結(jié)溫度也明顯降低 。梯度層可到 10多層 ， 實(shí)現(xiàn)燒結(jié)溫度的梯度分布 。 86 納米材料 傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié) 、 熱等靜壓等方法制備納米材料 ， 很難保證晶粒的納米尺寸 ， 又達(dá)到完全致密的要求 。 使脈沖集中在晶粒結(jié)合處是 SPS過(guò)程的一個(gè)特點(diǎn) 。 ? 放電沖擊壓力 ? 焦耳加熱 ? 脈沖放電初期粉體間產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象 （ 瞬間產(chǎn)生高溫等離子體 ） 通過(guò)瞬時(shí)高溫場(chǎng)實(shí)現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)技術(shù) 。 ? 第三 ， 作為一個(gè)帶電粒子系 ， 等離子體的運(yùn)動(dòng)行為明顯地會(huì)收到電磁場(chǎng)影響和約束 。 ? SPS作為一種材料制備的全新技術(shù) ， 已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視 。 69 ? 由于 SPS技術(shù)具有快速 、 低溫 、 高效率等優(yōu)點(diǎn) ， 近幾年國(guó)外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了 SPS燒結(jié)系統(tǒng) ， 應(yīng)用金屬 、 陶瓷 、 復(fù)合材料及功能材料的制備 ， 并利用 SPS進(jìn)行新材料的開發(fā)和研究 。 法拉第 67 ? ， 即陽(yáng)光柱深入研究 ， 發(fā)現(xiàn)其中電子和正離子的電荷密度差不多相等 ， 是電中性的 ， 電子 、 離子基團(tuán)作與其能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)的振動(dòng) 。 ③ 抑制晶粒長(zhǎng)大 由于燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大 ， 對(duì)燒結(jié)致密化有重要作用 。 （ 6） 添加劑的影響 在固相燒結(jié)中 ， 少量外加劑 (添加劑或燒結(jié)助劑 )可與主晶相形成固溶體促進(jìn)缺陷增加；在液相燒結(jié)中 ， 外加劑能改變液相的性質(zhì) (如粘度 、 組成等 )， 因而都能起促進(jìn)燒結(jié)的作用 。 例如 ， 在氫氣中燒結(jié) ，由于氫原子半徑很小 ， 易于擴(kuò)散而有利于閉氣孔的消除；而原子半徑較大的氬則難于擴(kuò)散而阻礙燒結(jié) 。 4） 氣氛的影響 氣氛不僅影響物料本身的燒結(jié) ， 也會(huì)影響各添加物的效果 。 可以 通過(guò)降低物料的粒度來(lái)提高活性 。 故此 ， 采用熱壓燒結(jié)可以保證在較低溫度和較短時(shí)間內(nèi)制得高質(zhì)密度的燒結(jié)體 ， 對(duì)于有些物料甚至可以達(dá)到完全透明的程度 。 外壓對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：生坯成型壓力和燒結(jié)時(shí)的外加壓力（熱壓）。 提高燒結(jié)溫度無(wú)論對(duì)固相擴(kuò)散或?qū)θ芙?沉淀等傳質(zhì)都是有利的 。 延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間一般都會(huì)不同程度地促進(jìn)燒結(jié) ， 但對(duì)黏性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯 ， 而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小 。 保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使晶粒長(zhǎng)大 ， 又將浪費(fèi)熱能 。 如果在 700～800℃ ， 突躍