Jako ważny element materiałów inżynieryjnych i funkcjonalnych, zaawansowane materiały ceramiczne mają szerokie perspektywy zastosowania w nowych sektorach energetyki, elektronice komunikacyjnej, półprzewodnikach, lotnictwie i innych gałęziach przemysłu. Ponieważ jednak proszek ceramiczny składa się głównie z wiązań jonowych lub kowalencyjnych, tradycyjny proces spiekania w celu uzyskania gęstych struktur jest niewystarczający. materiały ceramiczne wymaga wyższej temperatury spiekania i dłuższego czasu wytrzymywania, co nieuchronnie prowadzi do zgrubienia ziarna i pozostałości porowatości, a następnie wpływa na właściwości formowanie wtryskowe ceramikiAby zmniejszyć spiekanie metali Aby obniżyć temperaturę, skrócić czas spiekania, poprawić gęstość spiekania i właściwości materiału, naukowcy opracowali szereg nowych technologii spiekania.
Spiekanie plazmowe iskrowe (SPS)
Technologia SPS to nowy rodzaj technologii szybkiego spiekania, który cieszy się dużym zainteresowaniem i jest przedmiotem badań w środowisku akademickim. Rys. 1 przedstawia zasadę jej działania.
Technologia SPS była pionierem we wprowadzaniu prądu stałego o impulsowym natężeniu do proces spiekaniaWgłębnik działa jak nośnik prądu, który przepływa przez materiał, wywierając jednocześnie nacisk na materiał. W przeciwieństwie do tradycyjnych technik spiekania, które zazwyczaj wykorzystują ogrzewanie promiennikowe elementu grzejnego, SPS wykorzystuje efekt cieplny dużego prądu elektrycznego przepływającego przez formę lub przewodzącą próbkę do nagrzania materiału. W przypadku próbek izolacyjnych, jako materiał formy zazwyczaj stosuje się grafit o dobrej przewodności elektrycznej, a ciepło rezystancyjne formy jest wykorzystywane do szybkiego podnoszenia próbki. W przypadku próbek przewodzących, forma izolacyjna może być użyta do nagrzania prądu bezpośrednio przez próbkę. Szybkość nagrzewania może osiągnąć 1000°C/min. Gdy temperatura próbki osiągnie zadaną wartość, spiekanie można zakończyć po krótkim czasie utrwalania cieplnego.
Technologia SPS ma zalety niskiej temperatury spiekania, krótkiego czasu wygrzewania, szybkiego tempa nagrzewania, regulowanego ciśnienia spiekania i sprzężenia wielopolowego (elektryczno-mechaniczno-termicznego).
Spiekanie błyskawiczne (FS)
Technologia FS została po raz pierwszy opisana w 2010 roku przez Colognę i in. z Uniwersytetu Kolorado w oparciu o badanie technologii spiekania proszków metali wspomaganego polem magnetycznym (FAST)
Technologia FS opiera się głównie na trzech parametrach procesu, a mianowicie temperaturze pieca (Tf), natężeniu pola (E) i natężeniu prądu (J). Rysunek 3C przedstawia trend zmian każdego parametru w tradycyjnym procesie FS. W tym trybie do materiału przyłożone jest stałe pole elektryczne, a temperatura pieca rośnie ze stałą szybkością. Gdy temperatura pieca jest niska, rezystywność materiału jest wysoka, a prąd przepływający przez materiał jest niewielki. Wraz ze wzrostem temperatury pieca rezystywność próbki spada, a prąd stopniowo rośnie. Ten etap nazywany jest etapem inkubacji, a system jest sterowany napięciowo. Gdy temperatura pieca wzrośnie do temperatury krytycznej, rezystywność materiału gwałtownie spada, prąd gwałtownie rośnie i następuje FS. Ponieważ natężenie pola jest w tym momencie nadal stabilne, moc systemu (W = EJ) szybko osiągnie limit mocy zasilacza, a system przełączy się ze sterowania napięciowego na sterowanie prądowe, co nazywa się etapem FS. Gdy rezystywność materiału nie wzrasta, natężenie pola ponownie się stabilizuje, a spiekanie wchodzi w fazę stabilną, czyli fazę izolacji FS. Po fazie izolacji kończy się pełny proces FS.
W porównaniu z tradycyjnym spiekaniem, FS ma następujące zalety: skraca czas spiekania i obniża temperaturę pieca wymaganą do spiekania, hamuje wzrost ziarna, umożliwia uzyskanie spiekania nierównowagowego, prosty sprzęt, niski koszt.
Czas publikacji: 07-06-2022