Ως σημαντικό μέρος των υλικών μηχανικής και των λειτουργικών υλικών, τα προηγμένα κεραμικά υλικά έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη νέα ενέργεια, τα ηλεκτρονικά επικοινωνιών, τους ημιαγωγούς, την αεροδιαστημική και άλλους βιομηχανικούς τομείς. Ωστόσο, επειδή η κεραμική σκόνη είναι κυρίως ιονικός δεσμός ή ένωση ομοιοπολικού δεσμού, η παραδοσιακή διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης για την παρασκευή πυκνώνκεραμικά υλικάαπαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και μεγαλύτερο χρόνο συγκράτησης, που αναπόφευκτα οδηγεί σε τραχύτητα κόκκων και υπολείμματα πορώδους και στη συνέχεια επηρεάζει τις ιδιότητες τουκεραμική χύτευση με έγχυση. Προκειμένου να μειωθείπυροσυσσωμάτωση μετάλλωνθερμοκρασία, συντόμευση του χρόνου πυροσυσσωμάτωσης, βελτίωση της πυκνότητας πυροσυσσωμάτωσης και των ιδιοτήτων του υλικού, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια ποικιλία νέων τεχνολογιών πυροσυσσωμάτωσης.
Πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος (SPS)
Η τεχνολογία SPS είναι ένας νέος τύπος τεχνολογίας ταχείας πυροσυσσωμάτωσης που έχει απασχολήσει και μελετηθεί ευρέως στον ακαδημαϊκό κόσμο. ΣΥΚΟ. 1 δείχνει την αρχή λειτουργίας του.
Η τεχνολογία SPS πρωτοστάτησε στην εισαγωγή ενός παλμικού ρεύματος συνεχούς ρεύματος στοδιαδικασία πυροσυσσωμάτωσης. Η εσοχή λειτουργεί ως φορέας για τη διέλευση του ρεύματος ενώ ασκεί πίεση στο υλικό. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές τεχνικές πυροσυσσωμάτωσης, οι οποίες συνήθως χρησιμοποιούν ακτινοβολούμενη θέρμανση ενός θερμαντικού σώματος, το SPS χρησιμοποιεί τη θερμική επίδραση ενός μεγάλου ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από ένα καλούπι ή αγώγιμο δείγμα για να θερμάνει το υλικό. Για μονωτικά δείγματα, συνήθως χρησιμοποιείται γραφίτης με καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα ως υλικό καλουπιού και η θερμότητα αντίστασης του καλουπιού χρησιμοποιείται για να κάνει το δείγμα να ανέβει γρήγορα. Για αγώγιμα δείγματα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μονωτικό καλούπι για τη θέρμανση ενός ρεύματος απευθείας μέσω του δείγματος. Ο ρυθμός θέρμανσης μπορεί να φτάσει τους 1000 ℃ / λεπτό. Όταν η θερμοκρασία του δείγματος φτάσει την καθορισμένη τιμή, η πυροσυσσωμάτωση μπορεί να ολοκληρωθεί μετά από σύντομο χρονικό διάστημα διατήρησης της θερμότητας.
Η τεχνολογία SPS έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης, του μικρού χρόνου διατήρησης, του γρήγορου ρυθμού θέρμανσης, της ρυθμιζόμενης πίεσης πυροσυσσωμάτωσης και της σύζευξης πολλαπλών πεδίων (ηλεκτρικό-μηχανικό-θερμικό).
Flash sintering (FS)
Η τεχνολογία FS αναφέρθηκε για πρώτη φορά το 2010 από τους Cologna et al από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, με βάση τη μελέτη της τεχνολογίας πυροσυσσωμάτωσης μεταλλικής σκόνης με τη βοήθεια πεδίου (FAST).
Η τεχνολογία FS περιλαμβάνει κυρίως τρεις παραμέτρους διεργασίας, δηλαδή τη θερμοκρασία κλιβάνου (Tf), την ένταση πεδίου (E) και το ρεύμα (J). Το Σχήμα 3Γ δείχνει την τάση μεταβολής κάθε παραμέτρου στην παραδοσιακή διαδικασία FS. Σε αυτή τη λειτουργία, ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται στο υλικό και η θερμοκρασία του κλιβάνου αυξάνεται με σταθερό ρυθμό. Όταν η θερμοκρασία του κλιβάνου είναι χαμηλή, η αντίσταση του υλικού είναι υψηλή και το ρεύμα που διαρρέει το υλικό είναι μικρό. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του κλιβάνου, η αντίσταση του δείγματος μειώνεται και το ρεύμα αυξάνεται σταδιακά. Αυτό το στάδιο ονομάζεται στάδιο επώασης και το σύστημα ελέγχεται από την τάση. Όταν η θερμοκρασία του κλιβάνου αυξάνεται στην κρίσιμη θερμοκρασία, η αντίσταση του υλικού πέφτει ξαφνικά, το ρεύμα αυξάνεται απότομα και εμφανίζεται FS. Εφόσον η ένταση του πεδίου παραμένει σταθερή αυτή τη στιγμή, η ισχύς του συστήματος (W = EJ) θα φτάσει γρήγορα το όριο ισχύος του τροφοδοτικού και το σύστημα θα αλλάξει από έλεγχο τάσης σε έλεγχο ρεύματος, το οποίο ονομάζεται στάδιο FS. Όταν η ειδική αντίσταση του υλικού δεν αυξάνεται, η ένταση του πεδίου σταθεροποιείται ξανά και η πυροσυσσωμάτωση εισέρχεται στο σταθερό στάδιο, δηλαδή στο στάδιο μόνωσης του FS. Μετά το στάδιο της μόνωσης, τελειώνει μια πλήρης διαδικασία FS.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή πυροσυσσωμάτωση, το FS έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: μειώνει το χρόνο πυροσυσσωμάτωσης και μειώνει τη θερμοκρασία του κλιβάνου που απαιτείται για τη σύντηξη, αναστέλλει την ανάπτυξη των κόκκων, μπορεί να επιτύχει πυροσυσσωμάτωση χωρίς ισορροπία, απλός εξοπλισμός, χαμηλό κόστος.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-07-2022