【正文】 ~1500mm，高500～3500mm，~2m3之間。通常壓力范圍7~200MPa，最高使用溫度范圍一般為1000—2300℃。壓力容器主要有兩種密封形式，即螺紋式及框架式。螺紋式密封的熱等靜壓機的壓力容器容積都比較小，只適于在實驗室內(nèi)壓制小型制品?？蚣苁矫芊獾膲毫θ萜鞯奶攸c是容積大，運轉速度快，操作方便，安全可靠。 除壓力容器外，容器內(nèi)的加熱爐是熱等靜壓機的重要部件，主要由加熱元件、熱電偶與隔熱屏組成。加熱元件的材料按設計的溫度范圍選定。當爐子設計溫度為1000～1200℃時，可選擇FeCrAlCo耐熱合金絲作發(fā)熱元件，它可在1230℃長期使用。當設計溫度在1700℃以上時，可選擇鉬絲、石墨、鎢絲等作發(fā)熱元件，但這些材料需要在保護氣氛或惰性氣氛中工作。 熱等靜壓制時常選用惰性氣體如氦及氬作壓力介質。由于氬氣的熱導率比氦低( kW／mK， kW／mK)，用氬氣作壓力介質時能夠使工作區(qū)爐溫很快地達到所要求溫度并能保持溫度分布均勻。此外，氬氣的成本比氦低。在熱等靜壓制系統(tǒng)中必須精確可靠地控制壓力和溫度參數(shù)。適當?shù)淖詣踊芙档统杀竞捅ＷC安全，兩者對于有效的組織生產(chǎn)都是十分重要的。典型的熱等靜壓升溫加壓過程如圖1123中所示。升壓和降壓速度一般不需任何控制，溫度的控制需要特別注意。爐內(nèi)溫度分布均勻度很大程度取決于爐子的設汁和電熱體的配置。目前，工業(yè)上使用爐體恒溫時溫度均勻度可控制在177。5℃到177。14℃之間，連續(xù)冷卻速度可大于30℃／min。 熱等靜壓是消除制品內(nèi)部殘存微量孔隙和提高制品相對密度的有效方法。目前已有許多金屬粉末或非金屬粉末采用熱等靜壓法壓得接近理論密度值的制品和材料，如表117所示。 國內(nèi)外已采用熱等靜壓技術制取了核燃料棒、粉末高溫合金渦輪盤、鎢噴嘴、陶瓷及金屬基復合材料等。至今，它在制取金屬陶瓷、硬質合金、難熔金屬制品及其化合物、粉末金屬制品、金屬基復合材料制品、功能梯度材料、有毒物質及放射性廢料的處理等方面都得到了廣泛應用。熱等靜壓技術已成為提高粉末冶金制品性能及壓制大型復雜形狀零件的先進技術。表118中比較了幾種粉末冶金高溫合金的力學性能。圖1124顯示了熱等靜壓技術壓制的一些產(chǎn)品。11．8．3燒結熟等靜壓法燒結熱等靜壓制(sinterHIP)過程是把經(jīng)模壓或冷等靜壓制的坯塊放入熱等靜壓機高壓容器內(nèi)，依次進行脫蠟、燒結和熱等靜壓制，使工件的相對密度接近100％。這是繼常規(guī)熱等靜壓制技術之后開發(fā)出的一種先進工藝。脫蠟(或其他成形劑)和燒結可在真空狀態(tài)下或在工藝確定的氣體(如氯、氮氫混合氣、甲烷)保護下進行。按照傳統(tǒng)的燒結概念，液相和固相燒結都會促進燒結坯塊內(nèi)部孔隙減少，并產(chǎn)生收縮和致密化。在這一過程中，燒結溫度和時間是要準確控制的參數(shù)，熱等靜壓制是使燒結坯塊密度進一步提高，以接近理論密度值。壓塊在同一爐體(壓力容器)內(nèi)進行燒結和熱等靜壓制，壓塊在燒結后期直接施加高壓，這就避免了降溫冷卻升溫加熱的附加操作，也避免了壓坯轉運時可能受到的損壞，并保持燒結與熱等靜壓制時溫度穩(wěn)定。 燒結熱等靜壓過程巾的熱等靜壓制階段使產(chǎn)品均勻收縮與致密化，溫度、壓力、時間三個工藝參數(shù)相互關系示于圖1125。粉末體的致密化是由材料的塑性、高溫下蠕變和原子擴散速度所確定。試驗結果表明，液相燒結材料在較低的壓力下短時熱處理可以完全致密化，固相燒結材料要完全致密化則需要更高壓力和更長時間。燒結熱等靜壓已在硬質合金、鈦合金、先進陶瓷材料的制備方面獲得了廣泛應用。11．8．4準熱等靜壓工藝 熱等靜壓技術雖然有很多優(yōu)點，但存在設備昂貴和加工周期長等缺點，雖然采取在高壓容器中加壓介質急劇對流和在爐內(nèi)強制冷卻等方法提高生產(chǎn)效率，但效率仍明顯低于普通冶煉方法。為克服上述缺點所發(fā)展的準熱等靜壓技術(ceracon process )是利用簡單設備以較高的效率生產(chǎn)大體具有各向同性的制品或材料的一種工藝方法。該方法是采用一種高溫下具有流體特性的顆粒(如石墨顆粒、陶瓷顆粒)作為傳遞壓力的介質以代替熱等靜壓制所用惰性氣體。工作時，將經(jīng)過預燒的粉末預制件在保護氣氛中加熱至致密化溫度，將作為加壓介質的陶瓷顆粒也加熱至相等溫度并充填于加壓容器中，然后將經(jīng)過加熱的預制件插入其中，陶瓷顆粒的流動將施加的單向壓力轉變?yōu)榈褥o壓施加于預制件上，使之在保持原來形狀的基礎上致密化。準熱等靜壓制工藝過程如圖1126所示。此方法是由美國金屬合金公司研究成功，現(xiàn)已將專利轉讓投入生產(chǎn)。11．9場活化燒結技術 場活化燒結是利用外場的活化作用實現(xiàn)低溫快速燒結致密化的一種燒結技術。20世紀80年代以來，脈沖放電對粉體燒結的有效作用得到的廣泛的關注，一系列的場活化燒結設備相繼開發(fā)出來并得到應用。如：日本開發(fā)了脈沖放電固結設備(pulse electrodischarge consolidation)、電火花／等離子燒結設備(spark/ plasma sintering)或稱等離子活化燒結設備(plasma activated sintering)，韓國開發(fā)了電阻／電火花加壓燒結設備(resistance spark sintering under pressure)，俄羅斯研制了脈沖放電加壓燒結設備(pulse electrical discharge under pressure application)，美國開發(fā)了高能高速工藝和設備(highenerge highrate processing，簡稱HEHR工藝)，巴西開發(fā)了等離子燒結設備(plasma sintering)。到門前為止，對場活化燒結的機理還不是十分清楚，但一般認為是外場可以清除粉末表面的氧化膜和雜質，促進燒結頸的形成。日本第三代電火花／等離子燒結機(SPS)的開發(fā)成功極大地推進了該技術作為一種先進的粉末冶金技術的工業(yè)化應用。圖1027顯示了電火花／等離子燒結機的工作原理和一般的工藝過程。第三代電火花／等離子燒結機使用的是低電壓(約30V)、大脈沖電流(最大電流2000～20000A，脈沖時間一般為1~300ms)和單向壓制的設計。一般情況下是在燒結的初始階段施加一個脈沖電流，使粉末顆粒間產(chǎn)生電火花或等離子弧，在電火花和等離子弧的作用下，粉末表面的氧化膜和雜質被清除，粉末顆粒直接接觸并發(fā)生燒結形成燒結頸，接著同時施以大電流和一定的壓力，使粉體致密化。大電流直接通過粉體或模具產(chǎn)生焦耳熱，因此加熱速率很快，一般僅為幾分鐘。因此與傳統(tǒng)燒結方法相比可以在較低的溫度下或較短的時間內(nèi)獲得高的燒結密度，可以減少燒結過程對粉末微觀組觀的影響，這對于燒結細晶材料、納米材料、非晶合金等非平衡材料和易氧化材料是非常重要的。此外，場活化燒結技術可以直接應用于松裝粉末，不需要像其他傳統(tǒng)粉末冶金成形技術那樣添加任何黏結劑或潤滑劑，因此，可以消除由黏結劑或潤滑劑所帶來的臟化，對于生產(chǎn)純度要求高或者很難冷壓預成形的粉術材料非常有利。 場活化燒結技術在日本已應用于工業(yè)化生產(chǎn)軟磁和硬磁材料以及切削工具例如，采用等離子活化燒結設備生產(chǎn)高頻電力使用的MnZn鐵氧體，先通以60s的脈沖電流，然后同時施加2000A的加熱電流和49MPa的壓力。獲得的產(chǎn)品的密度達到99％，晶粒度只有1mm，而傳統(tǒng)燒結工藝得到的產(chǎn)品的晶粒度為9mm。正是由于晶粒度的減小，高頻磁芯的損耗從1800kW／m3，降低到了 720kW／m3。NdFeCoB磁體也是用等離子活化燒結技術生產(chǎn)的。場活化燒結技術應用的實驗室研究很多，從金屬、金屬間化合物到陶瓷和復合材料都有報道。采用場活化燒結技術燒結沒有添加助燒劑的AIN陶瓷，在1727℃燒結5min，~／cm3(％~％)，而傳統(tǒng)燒結技術在1927℃燒結30h，其密度只有95％，即使添加助燒劑后，采用傳統(tǒng)技術在 1800~1927℃燒結3～4h，其密度也只有97％~98％。此外，場活化燒結技術在化合物的同步合成／固結、梯度材料制備、金屬與陶瓷的擴散焊接等方面的應用也顯示出了良好的前景表119和表1110分別顯示了利用場活化燒結技術制備的金屬和陶瓷的性能。22 / 2