Là một phần quan trọng của vật liệu kỹ thuật và vật liệu chức năng, vật liệu gốm tiên tiến có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực năng lượng mới, điện tử truyền thông, bán dẫn, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực công nghiệp khác. Tuy nhiên, do bột gốm chủ yếu là hợp chất liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị, nên quy trình thiêu kết truyền thống để tạo ra vật liệu đặc vật liệu gốm yêu cầu nhiệt độ thiêu kết cao hơn và thời gian giữ lâu hơn, điều này chắc chắn dẫn đến hạt thô hơn và cặn xốp, sau đó ảnh hưởng đến các đặc tính của ép phun gốm. Để giảm thiêu kết kim loại nhiệt độ, rút ngắn thời gian thiêu kết, cải thiện mật độ thiêu kết và tính chất vật liệu, các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều công nghệ thiêu kết mới.
Thiêu kết plasma tia lửa điện (SPS)
Công nghệ SPS là một loại công nghệ thiêu kết nhanh mới được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi trong giới học thuật. HÌNH 1 cho thấy nguyên lý hoạt động của nó.
Công nghệ SPS tiên phong trong việc đưa dòng điện xung DC vào quá trình thiêu kếtĐầu đo đóng vai trò như một bộ phận dẫn dòng điện đi qua trong khi tạo áp lực lên vật liệu. Không giống như các kỹ thuật thiêu kết truyền thống, thường sử dụng phương pháp gia nhiệt bức xạ của vật thể gia nhiệt, SPS sử dụng hiệu ứng nhiệt của dòng điện lớn đi qua khuôn hoặc mẫu dẫn để gia nhiệt vật liệu. Đối với các mẫu cách điện, than chì có độ dẫn điện tốt thường được sử dụng làm vật liệu khuôn, và nhiệt điện trở của khuôn được sử dụng để làm cho mẫu tăng nhanh. Đối với các mẫu dẫn điện, có thể sử dụng khuôn cách điện để gia nhiệt dòng điện trực tiếp qua mẫu. Tốc độ gia nhiệt có thể đạt tới 1000℃/phút. Khi nhiệt độ mẫu đạt đến giá trị cài đặt, quá trình thiêu kết có thể hoàn tất sau một thời gian ngắn giữ nhiệt.
Công nghệ SPS có ưu điểm là nhiệt độ thiêu kết thấp, thời gian giữ ngắn, tốc độ gia nhiệt nhanh, áp suất thiêu kết có thể điều chỉnh và ghép nối đa trường (điện-cơ-nhiệt).
Thiêu kết nhanh (FS)
Công nghệ FS lần đầu tiên được báo cáo vào năm 2010 bởi Cologna và cộng sự từ Đại học Colorado, dựa trên nghiên cứu về công nghệ thiêu kết bột kim loại hỗ trợ tại hiện trường (FAST)
Công nghệ FS chủ yếu liên quan đến ba thông số quy trình, cụ thể là nhiệt độ lò (Tf), cường độ trường (E) và dòng điện (J). Hình 3C cho thấy xu hướng biến thiên của từng thông số trong quy trình FS truyền thống. Ở chế độ này, một trường điện ổn định được áp dụng cho vật liệu và nhiệt độ lò tăng với tốc độ không đổi. Khi nhiệt độ lò thấp, điện trở suất của vật liệu cao và dòng điện chạy qua vật liệu nhỏ. Khi nhiệt độ lò tăng, điện trở suất của mẫu giảm và dòng điện tăng dần. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn ủ và hệ thống được điều khiển bằng điện áp. Khi nhiệt độ lò tăng đến nhiệt độ tới hạn, điện trở suất của vật liệu giảm đột ngột, dòng điện tăng mạnh và FS xảy ra. Vì cường độ trường vẫn ổn định tại thời điểm này, công suất hệ thống (W = EJ) sẽ nhanh chóng đạt đến giới hạn công suất của nguồn điện và hệ thống sẽ chuyển từ điều khiển điện áp sang điều khiển dòng điện, được gọi là giai đoạn FS. Khi điện trở suất của vật liệu không tăng, cường độ trường ổn định trở lại và quá trình thiêu kết bước vào giai đoạn ổn định, tức là giai đoạn cách điện của FS. Sau giai đoạn cách nhiệt, quá trình FS hoàn chỉnh kết thúc.
So với phương pháp thiêu kết truyền thống, FS có những ưu điểm sau: rút ngắn thời gian thiêu kết và giảm nhiệt độ lò nung cần thiết cho quá trình thiêu kết, ức chế sự phát triển của hạt, có thể đạt được quá trình thiêu kết không cân bằng, thiết bị đơn giản, chi phí thấp.
Thời gian đăng: 07-06-2022