最新烧结技术及其应用综述.docx

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1、最新烧结技术及其应用综述feigeoer摘要：烧结技术应用领域很广，其技术有放电等离子烧结技术、选择性激光烧结技术、微波烧结技术、预还原烧结新技术、低硅烧结技术(高铁低硅烧结技术)、热电材料热压烧结技术、等离子活化烧结技术、低温放电烧结技术、超低温烧结技术等等十几种技术方法。其中以前三种方法应用最广，每种方法都在众多领域得到应用。关键字：放电等离子烧结技术，选择性激光烧结技术，微波烧结技术SummaryontheLatestTechnologyandApplicationofSinteringAbstract：Theapplicationofsinteringtechnologyisusedw

2、idely.ThetechnologyincludesSParkplasmasinteringtechnology,selectivelasersinteringtechnology,microwavesinteringtechnology,newtechnologytorestorethesintering,lowsiliconsinteringtechnology(lowsiliconhighironsintering),hot-presssinteringthermoelectricmaterialstechnology,plasmaactivatedsinteringtechnolog

3、y,low-temperaturedischargesinteringtechnology,ultra-lowtemperaturesinteringtechnologyandsoon.Thethreeinfrontisusedmost,eachofthemhasbeenappliedinmanyfields.Keywords：Sparkplasmasinteringtechnology,selectivelasersinteringtechnology,microwavesinteringtechnology烧结技术在众多领域有应用，尤其是陶瓷和冶金行业。烧结技术的最新发展技术有放电等离子烧

4、结技术、激光烧结技术、选择性激光烧结技术、预还原烧结新技术、微波烧结技术、低硅烧结技术(高铁低硅烧结技术)、热电材料热压烧结技术、等离子活化烧结技术、低温放电烧结技术、超低温烧结技术等。下面介绍几种常用的成熟技术。1 .放电等离子烧结技术及其应用1.1 放电等离子烧结技术1随着新技术的发展，新材料的种类和需求量不断增加，新的材料功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结(SParkPlaSmaSintering,SPS)是近年来发展起来的种新型的快速烧结技术，它融等离子活化、热压为一体，具有升温速度快、烧结时间短、冷却迅速、外加压力和烧结气氛可控、节能环保等特点可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米

5、陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间复合材料等一系列新型材料的制备。放电等离子烧结设备类似于热压烧结炉，所不同的是给一个承压导电模具加上可控脉冲电流，通过调节脉冲直流电的大小控制升温速度和烧结温度。SPS作为一种新颖而有效的快速烧结技术，已应用于多种材料的研制和开发,但目前关于SPS的烧结机理还存在争议，其烧结的中间过程还有待于进一步深入研究。M.TOkita提出了放电等离子的观点，认为粉末颗粒微区存在电场诱导的正负极，在脉冲电流作用下颗粒间产生放电，激发等离子体。这是目前大多数刊物所采用的观点。一般认为，SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外，还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压

6、，并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用，因而产生了一些SPS过程所特有的有利于烧结的现象。第一，由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被击穿，使粉末得以净化、活化；第二，由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生，在粉末颗粒未接触部位产生的放电热，以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热，都大大促进了粉末颗粒原子的扩散，其扩散系数比通常热压条件下的要大得多，从而达到粉末烧结的快速化;第三，OnOff快速脉冲的加入，使粉末内的放电部位及焦耳发热部件，都会快速移动，使粉末的烧结能够均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程的

7、一个特点。SPS过程中，颗粒之间放电时，会瞬时产生高达几千度至1万度的局部高温，在颗粒表面引起蒸发和熔化，在颗粒接触点形成颈部，由于热量立即从发热中心传递到颗粒表面和向四周扩散，颈部快速冷却而使蒸汽压低于其他部位。气相物质凝聚在颈部形成高于普通烧结方法的蒸发一凝固传递是SPS过程的另一个重要特点。晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用，体扩散、晶界扩散都得到加强加速了烧结致密化过程，因此用较低的温度和比较短的时间可得到高质量的烧结体。SPS过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。1.2 放电等离子的应用SPS烧结升温速度快，烧结时间短，既可以用于低温、高压(500100oMPa)

8、,又可以用于低压(2030MPa)、高温(IOoO200OC)烧结，因此可广泛地用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结。(1)用于制造纳米材料。SPS加热迅速，合成时间短，有显著抑制晶粒长大的效果，特别利于纳米材料的制备。(2)用于梯度功能材料的制备。(3)用于高致密度、细晶粒陶瓷和金属陶瓷的制造。(4)用于制造合金材料。2(5)用于热电材料、铁电材料、磁性材料的制造。3(6)用于制造硬质合金材料。4(7)氮化硅陶瓷的SPS烧结。5(8)综合性能优异的稀土永磁材料6制造。(9)制备复合梯度靶材7。2 .选择性激光烧结技术及其应用2.1 选择性激光烧结技术(SLS)原理网SLS技术是采用激光有选择地

9、分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需的零件，其整个过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。SLS工艺由CAD系统与LRP系统组成，两系统间由STL文件进行连接。要构造的原型最初由3DCAD模型表示，模型可以用软件(如AUmCAD、Pm/E等)虚拟生成，也可以通过3D传感器(如声、光数字仪)、医学图像数据或其它3D数据源生成。CAD模型不能够直接被LRP系统所利用，必须先转换为立体光刻固化成型(StereOIithOgraPhy,STL)方法所用的格式。生成的STL文件利用预处理程序调整模型的尺寸、位置和方向，然后将其分切成许多厚度为0.050.7Inrn的

10、截面,LRP系统按所切截面逐层制造后即可得到所需原型。SIS技术的系统工作原理如图2-1所示。图2-1选择性激光烧结原理计算机CAD整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由铺粉辘将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。在烧结之前，整个工作台被加热至稍低于粉末熔化温度,以减少热变形，并利于与前一层面的结合。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺设新粉。控制激光束扫描烧结新层。如此循环往复。层层叠加，就得到三维零件。目前，SLS成型的材料主要有高分子、陶瓷、

11、金属粉末和他们的复合粉末。2.2 选择性激光烧结技术应用(1)快速原型制造。(2)新型材料的制备及研发。(3)快速模具和工具制造。(4)在医学上的应用。(5)单件或小批量生产。9(6)用于模具的制造。103 .微波烧结技术及其应用3.1 微波烧结技术原理U微波是一种频率在O.3-3OOGHz,即波长在Imm-Im范围内的电磁波。微波烧结技术是指利用微波加热的方法使粉体材料升至一定温度，从而实现烧结的技术。用于微波烧结的频率一般为2.45GHz,也有采用28GHz、60GHz甚至更高频率的。微波加热起源于上世纪四十年代末，由于材料的介质特性研究获得了突破性进展，这为微波加热的应用奠定了理论基础。

12、七十年代的能源危机加速了微波能的推广应用，至八十年代，微波加热技术已用于材料制备领域，成功烧结成了Al2O3B4CY2O3-ZrO2SiC.Si3N4、TiO2ZnO等陶瓷材料。特别是近几年的发展，微波烧结技术取得了长足进步，目前，通过微波烧结技术已能制备各种陶瓷材料、复合材料、电极材料和金属材料等。微波烧结技术的关键是微波加热，其原理是物质在微波作用下发生电子极化、原子极化、界面极化、偶极转向极化等方式，将微波的电磁能转化为热能。显然，并非所有的材料都能被微波加热，根据物质与微波的作用特性，可将物质分为三大类：(1)透明型，主要是低损耗绝缘体，如大多数高分子材料及部分非金属材料，可使微波部分

13、反射及部分穿透，很少吸收微波，这类材料可以长期处于微波场中，发热量极小，常用作加热腔体内的透波材料,如四氟乙烯等可用于微波真空腔体的透波隔板。(2)全反射型，主要是导电性能良好的金属材料，这些材料对微波的反射系数接近于1,仅极少量的入射微波能透入，可用作微波加热设备中的波导、微波腔体、搅拌器等；(3)吸收型，主要是一些介于金属与绝缘体之间的电介质材料，包括纺织纤维材料、纸张、木材、陶瓷、水、石蜡等，微波烧结技术的应用对象主要是陶瓷材料和金属粉末材料。3.2 微波烧结技术的应用(1)陶瓷材料烧结。(2)金属粉末冶金烧结。(3)在ZrBz合成中的应用。12(4)用于合成金刚石制品。13(5)用于催

14、化剂的制造。14(6)微波烧结技术在氮化钢试验生产中的应用。15当然，除此之外在烧结技术上还有其它的进步。如为了节能研发的小球团低硅烧结,及为了使陶瓷更精致化而产生的纳米陶瓷成型技术,还有金属粉末注射成型和烧结技术等。4 .结语烧结技术的发展为材料的制造提供了依据，使得许多特殊性能的功能材料的制备成为可能。从各方面将烧结技术的高低将决定一个国家在装备制造业，军事领域等的地位。所以，发展烧结技术是重要的。参考文献白玲,葛昌纯一,沈卫平.放电等离子烧结技术J.粉末冶金技术,2007,25(3):217223.王秀芬,周羲亚.放电等离子烧结技术J.中国陶瓷,2006,42(7)J4163张久兴,刘科

15、高,周美玲.放电等离子烧结技术的发展和应用J.粉末冶金技术,2002,20(3)429134庞前涛.放电等离子烧结技术的应用J.中国材料科技与设备.2008:4547.白玲,赵兴宇,沈卫平等.放电等离子烧结技术及其在陶瓷制备中的应用J.材料导报.2007,21(4):96-99.张久兴,张忻,岳明等.放电等离子烧结技术与新材料研究J1高层论谈,2004,l(3)U8.岳明,刘卫强,张东涛等.放电等离子烧结技术制备复合梯度靶材的研究叫.功能材料与器件学报,2004,13(3):318322.8肖强伟,余欢,徐志峰.选择性激光烧结技术的发展概况及展望J国外金属加工,2005,26(2):813.9潘琰峰,沈以赴,顾冬冬等.选择性激光烧结技术的发展现状J.工具技术,2004,38(6):37.10孙建英.选择性激光烧结技术及其在模具制造领域的应用J煤矿机械,2006,27(7):112713.Ill孙强金.朱和国.微波烧结技术的研究进展J,中国材料科技与设备,2008(6):57.12贺智勇,李林,彭小艳.微波烧结技术及其在ZrB2合成中的应用.硅酸盐通报,2005,(3):6466.13刘宝昌,张祖培.微波烧结技术及其在金刚石制品中的应用前景J.金刚石与磨料模具工程,2000(116):4547.14闫