放電等離子燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用12(編輯修改稿)
2025-07-13 12:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 試,取得了較好的結(jié)果。 51 功能梯度材料 功能梯度材料(ＦＧＭ)的成分是梯度變化的,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ＣＶＤ、ＰＶＤ等方法制備梯度材料,成本很高,也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。采用階梯狀的石墨模具,由于模具上、下兩端的電流密度不同,因此可以產(chǎn)生溫度梯度。利用ＳＰＳ在石墨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場(chǎng),只需要幾分鐘就可燒結(jié)好成分配比不同的梯度材料。目前ＳＰＳ成功制備的梯度材料有:不銹鋼/ＺｒＯ2。Ｎｉ/ＺｒＯ2。Ａｌ/高聚物。Ａｌ/植物纖維。ＰＳＺ/Ｔｉ等梯度材料。 在自蔓延燃燒合成(ＳＨＳ)中,電場(chǎng)具有較大激活效應(yīng)和作用,特別是場(chǎng)激活效應(yīng)可以使以前不能合成的材料也能成功合成,擴(kuò)大了成分范圍,并能控制相的成分,不過(guò)得到的是多孔材料,還需要進(jìn)一步加工提高致密度。利用類似于ＳＨＳ電場(chǎng)激活作用的ＳＰＳ技術(shù),對(duì)陶瓷、復(fù)合材料和梯度材料的合成和致密化同時(shí)進(jìn)行,可得到65ｎｍ的納米晶,比ＳＨＳ少了一道致密化工序[22]。 利用ＳＰＳ可制備大尺寸的ＦＧＭ,目前ＳＰＳ制備的尺寸較大的ＦＧＭ體系是ＺｒＯ2(3Ｙ)/不銹鋼圓盤,尺寸已達(dá)到100ｍｍ17ｍｍ[23]。 用普通燒結(jié)和熱壓ＷＣ粉末時(shí)必須加入添加劑,而ＳＰＳ使燒結(jié)純ＷＣ成為可能。用ＳＰＳ制備的ＷＣ/Ｍｏ梯度材料的維氏硬度(ＨＶ)和斷裂韌度分別達(dá)到了24ＧＰａ和6ＭＰａｍ1/2,大大減輕由于ＷＣ和Ｍｏ的熱膨脹不匹配而導(dǎo)致熱應(yīng)力引起的開(kāi)裂[24]。 52 熱電材料 由于熱電轉(zhuǎn)換的高可靠性、無(wú)污染等特點(diǎn),最近熱電轉(zhuǎn)換器引起了人們極大的興趣,并研究了許多熱電轉(zhuǎn)換材料。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),在ＳＰＳ制備功能材料的研究中,對(duì)熱電材料的研究較多。 (1)熱電材料的成分梯度化是目前提高熱電效率的有效途徑之一。例如,成分梯度的βＦｅＳｉ2就是一種比較有前途的熱電材料,可用于200～900℃之間進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換。βＦｅＳｉ2沒(méi)有毒性,在空氣中有很好的抗氧化性,并且有較高的電導(dǎo)率和熱電功率。熱電材料的品質(zhì)因數(shù)越高(Ｚ=α2/ｋρ,其中Ｚ是品質(zhì)因數(shù),α為Ｓｅｅｂｅｃｋ系數(shù),ｋ為導(dǎo)熱系數(shù),ρ為材料的電阻率),其熱電轉(zhuǎn)換效率也越高。實(shí)驗(yàn)表明,采用ＳＰＳ制備的成分梯度的βＦｅＳｉｘ(Ｓｉ含量可變),比βＦｅＳｉ2的熱電性能大為提高[25]。這方面的例子還有Ｃｕ/Ａｌ2Ｏ3/Ｃｕ[26],ＭｇＦｅＳｉ2[27],βＺｎ4Ｓｂ3[28],鎢硅化物[29]等。 (2)用于熱電致冷的傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料不僅強(qiáng)度和耐久性差,而且主要采用單向生長(zhǎng)法制備,生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高。近年來(lái)有些廠家為了解決這個(gè)問(wèn)題,采用燒結(jié)法生產(chǎn)半導(dǎo)體致冷材料,雖改善了機(jī)械強(qiáng)度和提高了材料使用率,但是熱電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到單晶半導(dǎo)體的性能?，F(xiàn)在采用ＳＰＳ生產(chǎn)半導(dǎo)體致冷材料,在幾分鐘內(nèi)就可制備出完整的半導(dǎo)體材料,而晶體生長(zhǎng)法卻要
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