河南省精品課程陶瓷工藝原理(1)(編輯修改稿)
2025-03-22 15:44 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 文庫(kù)專用 三、熱壓燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力 在熱壓燒結(jié)的初始階段，假設(shè)所有粉體都是規(guī)則的球形顆粒立方堆積在一起，則作用在顆粒接觸面積上的有效壓力為 : 其中， a為顆粒半徑， x為頸部半徑， r為頸部曲率半徑。在燒結(jié)的最終階段，假設(shè)坯體中的氣孔成均勻分布狀況，則作用在顆粒接觸面積上的有效壓力為： 其中 ρ為坯體的相對(duì)密度。 rPP sap pl ??2.*2 ?? rPxaP sappl?? ?? .2*1 4rPP sap pl ??2.*2 ??1/28/2023 29 文庫(kù)專用 四、熱壓燒結(jié)的致密化過(guò)程 （ 1）微流動(dòng)階段 （ 2）塑性流動(dòng)階段 （ 3）擴(kuò)散階段 1/28/2023 30 文庫(kù)專用 五、熱壓燒結(jié)機(jī)理 （ 1）塑性變形機(jī)理 ???????? ?? ?? 1 1ln32*2 YP? ??? 其中 σY為燒結(jié)材料的屈服應(yīng)力。 （ 2）蠕變機(jī)理 ? ?nPaxgeofdtd?????????0*1.0 3, ???? 其中， ， σ0和 n是和燒結(jié)材料有關(guān)的參數(shù)，其中 n取值在 3－ 8之間， f(ρ, geo)為燒結(jié)體致密度和顆粒幾何形狀的函數(shù)。 ， ?? 1/28/2023 31 文庫(kù)專用 （ 3）擴(kuò)散機(jī)理 晶格擴(kuò)散： 2*1RTaPVDtdtd ml??? 晶界擴(kuò)散： 3*RT aPVDdtd mbb?? ? 顆粒尺寸對(duì)擴(kuò)散機(jī)理作用的致密化速率的影響如下： 1/28/2023 32 文庫(kù)專用 熱等靜壓 熱等靜壓工藝（ Hot Isostatic Pressing，簡(jiǎn)寫為 HIP）是將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。 其基本原理是：以氣體作為壓力介質(zhì)，使材料（粉料、坯體或燒結(jié)體）在加熱過(guò)程中經(jīng)受各向均衡的壓力，借助高溫和高壓的共同作用促進(jìn)材料的致密化。 目前，熱等靜壓技術(shù)的主要應(yīng)用有：金屬和陶瓷的固結(jié)，金剛石刀具的燒結(jié)，鑄件質(zhì)量的修復(fù)和改善，高性能磁性材料及靶材的致密化。 1/28/2023 33 文庫(kù)專用 （ 1）陶瓷材料的致密化可以在比無(wú)壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)低得多的溫度下完成，可以有效地抑制材料在高溫下發(fā)生很多不利的發(fā)應(yīng)或變化； （ 2）能夠在減少甚至無(wú)燒結(jié)添加劑的條件下，制備出微觀結(jié)構(gòu)均勻且?guī)缀醪缓瑲饪椎闹旅芴沾蔁Y(jié)體； （ 3）可以減少乃至消除燒結(jié)體中的剩余氣孔，愈合表面裂紋，從而提高陶瓷材料的密度、強(qiáng)度； （ 4）能夠精確控制產(chǎn)品的尺寸與形狀，而不必使用費(fèi)用高的金剛石切割加工，理想條件下產(chǎn)品無(wú)形狀改變。 一、熱等靜壓的優(yōu)點(diǎn) 1/28/2023 34 文庫(kù)專用 二、熱等靜壓裝置 1/28/2023 35 文庫(kù)專用 三、熱等靜壓燒結(jié)工藝 直接 HIP工藝流程圖 后 HIP工藝流程圖 1/28/2023 36 文庫(kù)專用 放電等離子體燒結(jié) 放電等離子體燒結(jié)工藝 (Spark Plasma Sintering，簡(jiǎn)寫為 SPS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型材料制備工藝方法。又被稱為脈沖電流燒結(jié)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是利用體加熱和表面活化，實(shí)現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié)。 可廣泛用于磁性材料、梯度功能材料、納米陶瓷、纖維增強(qiáng)陶瓷和金屬間化合物等系列新型材料的燒結(jié)。 1/28/2023 37 文庫(kù)專用 一、放電等離子體燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn) ①燒結(jié)溫度低（比 HP和 HIP低 200300℃ ）、燒結(jié)時(shí)間短（只需 310min，而 HP和 HIP需要 120300min）、單件能耗低； ②燒結(jié)機(jī)理特殊，賦予材料新的結(jié)構(gòu)與性能； ③燒結(jié)體密度高，晶粒細(xì)小，是一種近凈成形技術(shù)； ④操作簡(jiǎn)單，不像熱等靜壓那樣需要十分熟練的操作人員和特別的模套技術(shù)。 1/28/2023 38 文庫(kù)專用 二、燒結(jié)裝置 燒結(jié)系統(tǒng)大致由四個(gè)部分組成：真空燒結(jié)腔（圖中 6），加壓系統(tǒng)（圖中 3），測(cè)溫系統(tǒng)（圖中 7）和控制反饋系統(tǒng)。圖中 1示意石墨模具， 2代表用于電流傳導(dǎo)的石墨板， 4是石墨模具中的壓頭， 5是燒結(jié)樣品。 1/28/2023 39 文庫(kù)專用 微波燒結(jié) 微波燒結(jié)（ Microwave Sintering）是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的方法。 目前， 微波燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于多種陶瓷復(fù)合材料的試驗(yàn)研究。 1/28/2023 40 文庫(kù)專用 一、微波燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn) （ 1）微波與材料直接耦合導(dǎo)致整體加熱。 （ 2）微波燒結(jié)升溫速度快，燒結(jié)時(shí)間短。 （ 3）安全無(wú)污染。 （ 4）能實(shí)現(xiàn)空間選擇性燒結(jié)。 1/28/2023 41 文庫(kù)專用 二、材料與微波場(chǎng)的作用類型 材料與微波的作用方式示意圖 1/28/2023 42 文庫(kù)專用 三、微波燒結(jié)系統(tǒng) 1/28/2023 43 文庫(kù)專用 5KW, 微波發(fā)生器 紅外測(cè)溫裝置 控 制 冷卻水系統(tǒng) 微波燒結(jié)陶瓷裝置示意圖 保溫結(jié)構(gòu) 多模諧振腔 1/28/2023 44 文庫(kù)專用 四、微波燒結(jié)機(jī)理 在絕熱環(huán)境下，當(dāng)忽略材料在加熱過(guò)程中的潛能（如反應(yīng)熱、相變熱等）變化時(shí)，單位體積材料在微波場(chǎng)作
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