钛酸锶铅基陶瓷的烧结动力学及显微结构研究

研究了钛酸锶铅基陶瓷的等温烧结动力学。结果表明，在１１３０℃等温烧结过程中，致密化与重排过程及扩散控制的溶解－沉淀过程紧密相关。烧结初期的致密化过程主要与粒子的重排有关，烧结中期的致密化机理主要为扩散控制的溶解－沉淀过程。ＳＥＭ分析表明，烧结初期坯体中局部区域有较多的液相，随着烧结时间的增长，其分布趋于均匀，此时粒子的重排对致密化有较大的贡献。烧结时间为３６０ｍｉｎ时出现了晶粒异常生长。ＨＲＥＭ分     

TiB2/FeMo陶瓷的显微结构与力学性能

以Fe-Mo为助烧剂，通过热压制备了TiB2陶瓷．研究了烧结温度、烧结时间对材料显微结构和力学性能的影响，分析了烧结致密化过程．实验结果表明，随着热压烧结温度升高，材料抗弯强度、洛氏硬度出现峰值，热压烧结时间延长，抗弯强度有所下降．液相烧结的重排阶段致密化速率最快．     

316L不锈钢粉末注射成形件的烧结致密化行为

为了控制粉末注射成形零件的最终尺寸精度和力学性能,对316L不锈钢粉末注射成形件的烧结致密化行为进行了试验研究,分析了烧结温度和升温速率对试件致密化行为以及烧结件力学性能的影响.试验结果表明,致密化过程始于1080℃左右,主要在1200～1300℃的升温过程中快速进行,致密化速率随着升温速率的升高而升高.烧结件的抗拉强度、抗弯强度以及延伸率,不但取决于致密化程度,而且与微观结构有关.分析表明,将基于扩散控制和强度控制的烧结理论结合,可以有效地解释316L不锈钢粉末的致密化行为,需在现有的烧结模型中考虑强度影响因素,才能更真实地模拟烧结过程.     

团聚对中温固体氧化物燃料电池电解质Sm0.15Gd0.05Ce0.8O1.9致密化的影响

采用乙二胺四乙酸（EDTA）-硝酸盐、溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法合成了Sm0.15Gd0.05Ce0．8O1.9（SGDC）纳米粉体，研究了以不同分散方式和分散时间制备的SGDC在各种烧结温度下的致密化行为．为更好地考察团聚对SGDC致密化的影响，本实验引入团聚体系数（Coagulation factor）来具体表征和量化纳米SGDC的团聚程度．结果表明：团聚在烧结过程中，严重阻碍和抑制了SGDC的致密化；在同一烧结温度下，团聚体系数较低的固溶体具有更高的烧结致密度．通过高剪切乳化分散后，SGDC的团聚体系数为1．04时，烧结致密化温度可降低至1300℃．这个温度比以前文献中所报道的1400-1600℃的烧结温度要低得多．通过对团聚的控制，显著改善了SGDC电解质的烧结性能．     

先驱体转化—热压烧结Cf／SiC复合材料的致密化机理

本文采用先驱体裂解--热压烧结方法制备出了Cf/SiC复合材料，并重点研究了复合材料的致密化过程。结果表明，复合材料主要是通过液相烧结而得到致密化的。由于复合材料中聚碳硅烷（PCS）的裂解不仅有利于烧结液相的形成，而且形成了大量的纳米级SiC颗粒，因此，复合材料能够在较低烧结温度下得到较好的致密化，从而使复合材料具有较好的力学性能。     

液相烧结氧化铝陶瓷的致密化机理

以CaO-MgO-SiO2玻璃为烧结助剂,对液相烧结Al2O3陶瓷的致密化机理进行了研究.研究结果表明,烧结助剂可显著促进Al2O3陶瓷的致密化,其致密度随烧结助剂含量的增加而提高,液相烧结激活能为265kJ/mol,表明扩散控制为其致密化机理.     

陶瓷材料烧结致密化过程的元胞自动机模拟

为研究陶瓷材料烧结致密化过程,以晶界能和晶界曲率生长驱动力理论为基础,建立了含有气孔的二相晶粒生长的元胞自动机模型,对陶瓷材料烧结致密化过程进行了模拟,并与制备的Al2O3/TiN陶瓷材料进行对比.结果表明,模型可有效地模拟陶瓷材料烧结时晶粒的生长及气孔的湮灭情况,能较好地再现烧结致密化过程,模拟结果与制备的陶瓷材料微观形貌组织十分接近.     

两种通电快速烧结方法制备超细晶粒纯钨

采用在超高压力下通电快速烧结新方法在不添加任何烧结助剂的条件下制备出相对密度为97.9%、晶粒尺寸小于1 μm的超细晶粒纯钨块体材料,研究了细钨粉块体的致密化行为.在超高压力下通电烧结过程中,超高压力使烧结样品具有高密度,而样品的力学性能则主要得益于通电烧结.与"放电等离子体烧结"方法相比,超高压力下通电烧结不但能更好的保持材料的原始晶粒尺寸,还能进一步细化晶粒.     

碳化硅陶瓷烧结助剂的作用机制与研究进展

碳化硅(SiC)陶瓷由于其优异的高温强度、抗氧化性和化学稳定性,在石油化工、航空航天和热交换器等众多领域有广泛的用途.此外,SiC及其复合材料被认为是先进裂变反应堆和未来聚变反应堆的重要结构材料.由于Si-C键的高共价键合性和低自扩散性,纯SiC的烧结极为困难,只能通过高温高压的方式进行致密化.添加烧结助剂对促进SiC的致密化、缓和烧结条件至关重要.本文阐述了烧结助剂存在条件下碳化硅陶瓷致密化的热力学条件,总结了不同烧结机制下烧结助剂的作用机理.从助剂种类的角度综述了目前碳化硅陶瓷烧结领域的常用助剂体系及其研究进展,并展望了碳化硅致密化研究的发展方向.     

脉冲电流烧结机理的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ,ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术,已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备．本文简介脉冲电流烧结特征,结合ＰＥＣＳ烧结条件对铜粉末和氧化铝粉体致密化及显微结构影响的实验证据,就脉冲电流烧结过程和机理进行探讨．     

Fabrication of W-Cu functionally graded composites using high energy ball milling and spark plasma sintering for plasma facing components

W-Cu functionally graded composites (FGCs) up to six layers have been developed using high energy ball milling and spark plasma sintering (SPS) at a lower temperature of 900 °C. The relative density of W-Cu composites increased from 85.4% (W₈₀Cu₂₀ layer) to 95.7% (W₂₀Cu₈₀ layer) with increasing Cu content. All the W-Cu FGCs exhibited a graded structure even after SPS and showed a gradual change in hardness, Young’s modulus, and coefficient of thermal expansion (CTE). Furthermore, W-Cu composites showed a CTE and modulus between those of W and Cu and could be used as an intermediate layer between W and Cu in plasma facing components. The thermal cycle testing at 800 °C has confirmed that the W-Cu FGCs developed in this study can withstand thermal shock and showed a superior performance over directly bonded W-Cu sample. The W-Cu FGCs developed in the present study are not only suitable for plasma facing components but can also be used where the thermal stresses are introduced due to the large mismatch in CTE or elastic modulus.     

利用W-Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究

针对“面向等离子体元件”对W—Cu复合材料的需求,进行了利用W—Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究。首先选用Zn作为烧结助剂,采用粉末冶金方法热压烧结了不同W含量的W-Cu梯度层,研究了烧结温度、W含量对其致密度和微观结构的影响,确定了适宜的烧结条件为温度1123K,压力20MPa,保温时间60min。在该条件下制备的W-Cu梯度层的致密度大于96％,其物相为W、Cu,二者以机械混合形式共存。在此基础上,通过在93W合金与无氧铜之间加入三层W含量逐渐变化、无宏观界面的W—Cu梯度层,在梯度层致密烧结的同时,实现93W合金与无氧铜的连接。     

Preparation and Arc Breakdown Behavior of Nanocrystalline W-Cu Electrical Contact Materials

1. IntroductionBecause of high strength and high conductivity cou-pled with low thermal expansion coefficient, W-Cu alloyshave been widely used in the field of power engineer-ing and plasma technology, such as contact materials formedium and high voltage interrupters as well as weld-ing electrode[1,2]. Usually, W-Cu alloys are produced bypowder metallurgy, but this technology often results inthe segregation of copper phase that will influence elec-trical properties of the contact material. I…     

放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。     

SDC电解质致密化研究

以共沉淀-喷雾干燥法制备的Ce0.8 Sm0.2 O1.9(SDC)粉体为原料,模压成型后高温烧结获得SDC电解质陶瓷片.研究模压成型过程中加压时间、压力大小以及烧结温度对烧结体致密度的影响,利用XRD和SEM分别对不同烧结温度获得的烧结体结构和表面形貌进行分析.研究表明,压力30MPa、加压时间30min后获得的坯体,随着烧结温度的升高,烧结体致密度呈上升趋势,烧结温度达到1450℃时进入烧结后期,烧结体具有较高的致密度.此外,通过测定烧结过程中坯体收缩率,对SDC电解质陶瓷片的烧结动力学进行了研究,从而确定SDC电解质致密化的烧结温度为1300～1500℃.     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对 W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式 W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的 W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的 W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

闪烧合成高熵氧化物陶瓷(MgCoNiCuZn)O的性能

闪烧技术是一种温度场与电场耦合的烧结技术, 具有低温快速传质的特性, 在高熵陶瓷的合成上具有显著的优势。本研究通过闪烧法合成了相对致密的高熵氧化物陶瓷(MgCoNiCuZn)O, 并与传统烧结试样的性能进行了对比。在室温, 电场强度为50 V/cm, 电流密度为300 mA/mm²条件下闪烧, 物相转变的时间仅为10 s。闪烧试样最高相对密度为94%, 比传统烧结试样最高密度提高了22.8%。闪烧试样的最高硬度5.05 GPa, 比传统烧结试样高3.95 GPa。当频率<2 Hz时, 闪烧试样的介电常数比传统烧结试样高一个数量级。闪烧试样性能的提高, 一方面与临界电场加速传质, 提高材料致密度有关; 另一方面与临界电场引入额外的缺陷有关。     

热压烧结一步法制备C_f/Cu复合材料的组织和性能

为了简化工艺及提高性能,采用热压烧结一步法制备Cf/Cu复合材料。研究了Cf/Cu复合材料的界面反应原理、微观形貌及不同的Ti添加量对复合材料密度、硬度、强度等性能的影响。结果表明:Cu-C-Ti三元体系,在低于1100℃,碳纤维表面生成TiC层,该反应层降低了液态Cu与碳纤维的润湿角,改善了Cu与碳纤维的界面结合。探讨了TiC层的形成机制,提出了溶解在Cu液中的Ti原子与碳纤维接触生成TiC的微观反应模型。TiC层的形成有利于提高复合材料的性能。当Ti的质量分数为16.7%时,Cf/Cu复合材料的综合性能最好,其肖氏硬度高达HS66.94,抗弯强度为97.59 MPa。     

La2NiMnO6双钙钛矿陶瓷的等离子活化烧结

针对常压烧结La₂NiMnO₆ (简称LNMO)双钙钛矿陶瓷存在的烧结温度高、致密度低、工艺周期长等问题, 采用等离子活化烧结技术(Plasma Activated Sintering, 简称PAS)制备LNMO陶瓷, 主要研究了烧结工艺(温度、压力) 对其物相结构、显微形貌、致密度和介电性能的影响, 以期得到物相单一、结构致密、性能良好的LNMO双钙钛矿陶瓷。利用X射线衍射仪、阿基米德排水法、扫描电子显微镜、阻抗分析仪等手段, 系统测试表征了LNMO陶瓷的结构与性能。结果表明: 升高烧结温度有利于改善LNMO陶瓷的结晶性并增大晶粒尺寸, 但过高温度会导致杂相生成; 增大烧结压力对物相无明显影响, 但在一定程度上提升了致密度。确定了较适宜的PAS条件为: 烧结温度975~1000 ℃、烧结压力80 MPa, 在此条件下烧结得到的LNMO陶瓷为单一的正交结构, 致密度为92%, 具有较大的介电常数(~10 ⁶)。与常压烧结相比, 等离子活化技术集等离子体活化、压力、电阻加热为一体, 可在更低温度(降低400~500 ℃)和更短时间(缩短2~20 h)内获得较为致密的LNMO陶瓷。