放电等离子烧结(SPS)技术

放电等离子烧结（SPS）技术是一种新型的材料制备技术。介绍了SPS技术的发展概况、原理、特点及在材料制备领域的应用。最后，对SPS主发展前景进行了展望。     

放电等离子烧结(SPS)YAG陶瓷的初步研究

研究了采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering SPS),利用高纯的氧化钇和氧化铝,在1500～1700℃,真空度优于10Pa,反应快速合成YAG陶瓷,但试样的致密度不高,而低气孔率是制备透明陶瓷的关键,实验表明,TEOS的掺加和粉料粒度的减小对烧结试样致密度的提高有一定的作用.     

基于制备钨钼复合靶材的SPS烧结连接EI北大核心CSCD

采用放电等离子烧结(SPS)制备钨(W)和钛锆钼(TZM)连接件。通过高能球磨和调节温度烧结出高致密度纯W块体,相对密度可达97.0%以上。在制备的纯W块体表面铺置TZM合金粉末,烧结TZM的同时对W和TZM进行连接,实现了异种金属块体与粉末的一步烧结连接。研究烧结温度和降温速率对W/TZM合金接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明:W与TZM结合良好,烧结温度在1400~1600℃范围内时,W/TZM接头的剪切强度随烧结温度的升高而增大;在相同烧结温度下,采用快速冷却方式获得的接头剪切强度高于缓慢冷却接头的;当烧结温度为1600℃并采取快速冷却降温时,W/TZM接头的剪切强度达到最大,为159.7 MPa。     

温度和助剂含量对放电等离子烧结SiC陶瓷的影响EI北大核心

采用Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)-CaO作为烧结助剂制备SiC陶瓷,通过阿基米德排水法、XRD、SEM、TEM及维氏硬度测试等方法,探究烧结温度及烧结助剂含量对SiC陶瓷相对密度、物相结构、微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1300~1800℃下,SiC陶瓷相对密度、硬度以及断裂韧性都呈现出先增加后降低的趋势,在1700℃达到最大值;1700~1800℃发生了β-SiC向α-SiC的相变;减少烧结助剂含量会增加晶界结合强度,提升硬度,并抑制晶粒生长;在1700℃和7%(质量分数)烧结助剂含量的条件下,获得了最佳的烧结效果,相对密度、硬度和断裂韧度分别为97.9%,23.3 GPa和4.1 MPa·m^(1/2)。     

1400℃放电等离子烧结制备MgO-B_(2)O_(3)增韧无金属黏结相WC硬质合金EI北大核心CSCD

为了降低无金属黏结相碳化钨(WC)硬质合金的烧结温度并获得较高的断裂韧度,采用MgO和B_(2)O_(3)协同增韧WC硬质合金。通过放电等离子烧结技术(SPS)在1400℃的较低温度下制备出致密的WC-MgO-B_(2)O_(3)硬质合金块体材料,研究MgO-B_(2)O_(3)对无金属黏结相WC硬质合金的烧结机理、微观组织演变以及力学性能的影响规律。结果表明:MgO-B_(2)O_(3)的添加促进了WC的烧结致密化,显著降低了无金属黏结相WC硬质合金的烧结温度。随着MgO-B_(2)O_(3)添加量的提高,组织中的部分第二相形貌发生显著改变,逐渐由短杆状转变为长杆状,再转变为聚集时的块状。当MgO-B_(2)O_(3)添加量达到8%(质量分数)时,块体材料具有较好的断裂韧度,为(9.45±0.37)MPa·m^(1/2),同时其硬度为(18.16±0.17)GPa。     

柔性阻变存储器材料研究进展EI北大核心CSCD

本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。     

放电等离子烧结制备Nb-Si-Ti-Al-Hf-Cr合金的显微组织及力学性能

以预合金化的粉末尺寸D50为3.3μm的NbSS固溶体相细粉末,粉末尺寸D50分别为22.1μm和23.5μm的Nb5Si3和Cr2Nb化合物粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金,研究显微组织形貌、室温和高温力学性能及高温氧化性能。结果表明:两相合金的显微组织由NbSS基体和呈均匀岛状分布的Nb5Si3组成,三相合金中NbSS有相互连接成基体的趋势,而Nb5Si3和Cr2Nb相也以块状散布在NbSS中。NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金的室温断裂韧性值KQ分别达到15.1MPa·m1/2和11.3MPa·m1/2,室温下合金中NbSS相以韧窝型断裂为主,对Nb-Si基合金的室温断裂韧性有利,而Nb5Si3和Cr2Nb相为脆性断裂。1250℃时NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的压缩强度高于NbSS/Nb5Si3合金,但当温度上升到1350℃时两者强度出现反转。Cr2Nb相对合金高温抗氧化性能有利,1250℃下静态氧化100h时NbSS/Nb5Si3合金的氧化增重为233mg/cm2,大于NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的175mg/cm2。     

放电等离子烧结新型NdFeB永磁材料工艺研究

采用放电等离子烧结技术制备了新型NdFeB磁体，研究了烧结工艺和热处理工艺对磁体的磁特性、尺寸精度及致密度的影响。同时利用B-H回线仪、扫描电子显微镜对其磁特性、显微组织结构进行了分析测试。结果表明，这种新型的烧结NdFeB磁体具有独特的显微组织结构，主相NdFe14B晶粒细小、尺寸均匀，富钕相弥散分布在主相边界上。获得最佳工艺条件下制备的磁体的磁特性为：最大磁能积(BHmax)240kJ／m^3，内禀矫顽力(Hci)1160kA／m，磁体的密度达到7．58g／cm^3，接近材料的理论密度，同时磁体的尺寸精度达到20μm。     

放电等离子烧结(SPS)技术与新材料研究

放电等离子烧结(SPS)作为一种材料的绿色制备新技术,正成为国内外材料领域的研究热点.介绍了SPS的工艺特点和装置、国内外发展状况以及特殊的烧结机理;阐述了SPS在功能梯度材料、生物材料、超细或纳米晶WC-Co硬质材料、镁合金等新材料制备方面的应用及优势.最后分析了SPS技术亟待解决的问题和今后的发展趋势.     

材料专家系列人物(九)胡壮麒EI北大核心CSCD

胡壮麒,1929年8月生于上海,1952年沪江大学化学系毕业。现任中国科学院金属研究所研究员、博士生导师。1995年当选为中国工程院院士。中国机械工程学会理事,《材料工程》编委会特邀委员,《稀有金属材料与工程》顾问,《机械工程材料》编委会副主任,《中国有色金属学报》、《材料与冶金学报》和《自然科学进展》编委,东北大学和沈阳工业大学等多所学校兼职教授。     

稀土元素(La,Sm,Tb)合金化铌硅材料显微组织及室温断裂韧度EI北大核心CSCD

采用真空非自耗电弧熔炼制备添加稀土元素的Nb-20Ti-16Si-3Al-3Cr-2Hf合金纽扣锭,稀土元素为不同含量的Sm,La,Tb。对铸态合金进行微观组织分析和室温断裂韧度测试。结果表明:合金主要由(Nb,Ti)相与Nb5Si3相组成,不同部位存在多种微观组织,粗大的两相组织存在宏观聚集现象;纽扣锭中普遍存在规则的共晶晶胞和以Nb5Si3相为核心的板条状晶胞;共晶晶胞中心为Nb5Si3相和铌固溶体相Nbss组成的层片状组织,外围为粗大的"齿状"两相组织;板条状晶胞的Nb5Si3相核心保留了完整的平直界面和规则的棱角,晶胞外围主要由细小网状的硅化物和粗大的树枝状Nbss相组成。使用多元线性回归分析不同稀土含量与合金室温断裂韧度的关系,不同稀土含量的合金室温断裂韧度值分布在11~15MPa·m^(1/2)之间,多元线性逐步回归分析后得到室温断裂韧度Kq与稀土含量(Sm,La,Tb)的关系为Kq=10.344+6.896La+2.993Sm。     

放电等离子快速烧结纳米3Y-TZP材

本文采用放电等离子烧结技术（ＳＰＳ）快速烧结结纳米３Ｙ－ＴＺＰ材料,利用ＳＰＳ技术快速烧结,可制备出完整、致密的３Ｙ－ＴＺＰ材料,在烧结温度为１３００℃,保温３ｍｉｎ条件下,相对密度达９８．２％,晶粒仅１００￣１３０ｎｍ,研究发现,材料的密度随烧结温度的变化趋势与一般快速烧结有明显区别;材料的晶粒随烧结温度的提高而长大,但长大幅度小于其他一些烧结方法所得的３Ｙ－ＴＺＰ材料,本研究对这些现象进行了理     

氢化脱氢法制备Nb‒Si基超高温合金粉末的研究

目的 为了获得低成本、短流程制备的增材制造用Nb?Si基超高温合金粉末,采用氢化脱氢法制备了Nb?16Si?24Ti?2Hf?2Cr?0.3Sc(原子数分数)合金粉末。方法 利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪及氧氮氢分析仪等对不同氢化脱氢工艺参数条件下所制备粉末的形貌、相组成、粒度、氢氧含量进行了表征。结果 正交实验结果表明,氢化时间、氢化压力和氢化温度3个参数中,氢化温度对吸氢、吸氧量的影响最大;在粉末破碎效果差异不大的前提下,氢化温度200 ℃、氢化压力3 MPa、氢化时间1.5 h时,粉末中氧含量最小,氢化组织为Nb固溶体相NbSS、NbHx相、Nb5Si3相及Nb2O5相。在600、700、800 ℃条件下分别对氢化粉末真空脱氢2 h后,粉末中均无残存的NbHx相,其中,700 ℃/2 h的脱氢条件下Nb?Si基合金粉末氧含量最低。结论 经过200 ℃/3 MPa/1.5 h氢化和700 ℃/2 h真空脱氢后制备的Nb?Si基合金粉末具有较低的氢氧含量,粉末形貌为等轴状,该粉末已用于激光熔覆增材技术,成功制备出Nb?Si基合金块体材料。     

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)。     

Functionally Graded Dual-nanoparticulate-reinforced Aluminium Matrix Bulk Materials Fabricated by Spark Plasma Sintering

Functionally graded（FG） carbon nanotubes（CNT） and nano-silicon carbide（nSiC） reinforced aluminium（Al）matrix composites have been successfully fabricated using high-energy ball milling followed by solid-state spark plasma sintering processes.The CNTs were well-dispersed in the Al particles using the nSiC as a solid mixing agent.Two different types of multi-walled CNTs were used to add different amounts of CNTs in the same volume.The ball milled Al—CNT—nSiC and Al—CNT powder mixtures were fully densified and demonstrated good adhesion with no serious microcracks and pores within an FG multilayer composite.Each layer contained different amounts of the CNTs,and the nSiC additions showed different microstructures and hardness.It is possible to control the characteristics of the FG multilayer composite through the efficient design of an Al—CNT—nSiC gradient layer.This concept offers a feasible approach for fabricating the dualnanoparticulate-reinforced Al matrix nanocomposites and can be applied to other scenarios such as polymer and ceramic systems.     

烧结温度对TiAl合金块体材料组织和性能的影响

采用机械合金化和等离子烧结工艺成功制备细晶TiAl合金,研究不同烧结温度(750~1050℃)对所得块体材料的显微组织和力学性能的影响。XRD研究发现:完全固结的块体材料主要由γ-TiAl和α2-Ti3Al相组成。采用SEM和TEM观察块体材料的显微组织。当烧结温度为950℃时,所得的块体材料致密度高,接近完全致密化,其压缩屈服强度为2106 MPa。当烧结温度大于950℃时,致密度未发生明显变化,块体材料的屈服强度有所下降。     

放电等离子烧结对TiB_2/AlCoCrFeNi复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结方法(SPS),制备体积分数5%TiB_2的等摩尔AlCoCrFeNi高熵合金基复合材料。通过密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试等方法,研究SPS烧结温度及烧结压力对复合材料的微结构演变与力学性能影响。结果表明:随着SPS烧结温度及烧结压力的增加,复合材料的硬度及抗压强度得到明显提高。在1200℃/30MPa进行SPS烧结后,复合材料的致密度达99.6%,抗压强度达2416MPa,屈服强度达1474MPa,硬度超过470HB。烧结过程中,复合材料的基体高熵合金发生相变,1200℃及30~45MPa烧结时,复合材料由BCC,B_2,FCC,σ及TiB_2相组成。     

放电等离子烧结制备块体非晶合金研究进展

非晶合金又称“金属玻璃”,是由于超快速冷却凝固导致无法有序排列结晶,从而得到的一种长程无序结构。这种非晶合金与存在晶界和位错的普通合金相比,具有更加优异的力学及物化性能。由于粉末状或条状非晶合金在尺寸和性能等方面的限制,因而大尺寸、优异力学性能及软磁性能卓越的块体非晶合金的制备受到了大量关注与探究。放电等离子烧结技术以温度低、效率高、时间短及冷却速率快等优点,被认为是一种具有广阔发展前景的制备方法。对Fe基、Zr基、Al基及Ti基本身的特点,以及通过放电等离子烧结技术制备不同体系块体非晶合金的物理及化学性能的研究进行了较为全面的综述。概述了放电等离子烧结技术的原理及在制备块体非晶合金方面的优势;分析了放电等离子烧结技术和制备的块体非晶合金材料存在的问题,以及采用该技术制备块体非晶合金的发展前景。重点介绍了在采用该制备不同体系的块体非晶合金时,如何通过改变放电等离子烧结参数,或通过再加工、本身粉末添加元素等方法获得大尺寸、优异性能的块体非晶合金。