中國粉體網(wǎng)訊 先進(jìn)陶瓷的制備工藝過程包括粉體制備、成型、燒結(jié)和精加工等。其中，燒結(jié)是將陶瓷坯體在高溫下進(jìn)行致密，最終形成固體材料的一種技術(shù)，燒結(jié)技術(shù)在先進(jìn)陶瓷的生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。常見的燒結(jié)方式有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和微波燒結(jié)等，其中，熱壓燒結(jié)是目前采用的比較廣泛的一種方法。
熱壓燒結(jié)及其優(yōu)缺點(diǎn)
熱壓燒結(jié)是對較難燒結(jié)的粉體在模具內(nèi)施加壓力，同時(shí)升溫?zé)Y(jié)的工藝。把原料粉末裝入金屬或高強(qiáng)石墨模腔，在加壓的同時(shí)，加壓到正常燒結(jié)溫度或稍低，在短時(shí)間內(nèi)粉末被燒結(jié)成致密、均勻、晶粒細(xì)小的陶瓷材料。熱壓燒結(jié)用的模具材料有石墨、氧化銅、碳化硅等，其中，石墨材料得到了較為廣泛的應(yīng)用。
熱壓燒結(jié)過程中根據(jù)加壓方式的不同可以分為恒壓法、高溫加壓法、分段加壓法，按燒結(jié)方式又可分為真空燒結(jié)、氣氛燒結(jié)、連續(xù)加壓燒結(jié)等。
與其他燒結(jié)方式相比，熱壓燒結(jié)工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：熱壓燒結(jié)工藝由于加熱加壓同時(shí)進(jìn)行，粉料處于熱塑性狀態(tài)有助于顆粒的接觸擴(kuò)散流動(dòng)并有利于傳質(zhì)過程的進(jìn)行，因而成型壓力較�。贿�能降低燒結(jié)溫度并縮短燒結(jié)時(shí)間從而抵制晶粒長大得到晶粒細(xì)小、致密度較高、并具有較高的機(jī)械性能和較高的力學(xué)性能的產(chǎn)品，無需添加燒結(jié)助劑或成型助劑可生產(chǎn)超高純度的陶瓷產(chǎn)品。
熱壓燒結(jié)工藝的缺點(diǎn)是燒結(jié)過程比較復(fù)雜以及熱壓燒結(jié)設(shè)備比較復(fù)雜，對設(shè)備要求高，加工成本高且生產(chǎn)效率低，而且只能制備形狀較為簡單的產(chǎn)品。
熱壓燒結(jié)設(shè)備
熱壓燒結(jié)工藝需要專用的熱壓燒結(jié)爐，常用的熱壓燒結(jié)爐主要由加熱爐、加壓裝置、模具和測量測壓裝置組成。熱壓燒結(jié)爐的工作原理是：將混合粉料裝入石墨模具中，通過石墨加熱片加熱粉料。加熱到一定溫度后，上下壓頭帶動(dòng)石墨上壓頭和石墨下壓頭對模具內(nèi)粉料施加壓力，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)壓制同步進(jìn)行，使粉料在高溫高壓下達(dá)到致密化燒結(jié)。
熱壓燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)示意圖
真空熱壓爐
（圖片來源：湖南頂立科技）
熱壓燒結(jié)爐的種類有很多，單體燒結(jié)爐、熱冷壓雙體燒結(jié)爐。一般燒結(jié)時(shí)采用氮?dú)饣驓錃獗Ｗo(hù)，也有的采用真空保護(hù)燒結(jié)。湖南頂立科技有限公司的真空熱壓爐廣泛應(yīng)用于各類復(fù)合材料、各類高導(dǎo)熱材料、SiC/Si3N4/B4C陶瓷類材料、銅基粉體材料、鐵基粉體材料、鐵銅基粉體材料等材料的零件凈近成型、致密化、最高燒結(jié)溫度可達(dá)2500℃。諸如：飛機(jī)降落鐵銅基粉類材料剎車盤、動(dòng)車組閘瓦、防彈衣、裝甲車護(hù)板、直升飛機(jī)防彈盔甲等。
熱壓燒結(jié)工藝在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用
熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷
熱壓燒結(jié)是制備致密氮化硅陶瓷材料的主要燒結(jié)方式，在較高的機(jī)械壓力下可提高材料的燒結(jié)溫度，燒結(jié)體各向異性。Pablos等人曾采用熱壓燒結(jié)方式制備出熱導(dǎo)率為82Wm-1K-1的氮化硅陶瓷材料；Kitayama等以不同的稀土氧化物為燒結(jié)助劑制備出熱導(dǎo)率最高為114.7Wm-1K-1的氮化硅燒結(jié)體；Jiang等人以熱壓燒結(jié)方式制備出了熱導(dǎo)率為129Wm-1K-1氮化硅陶瓷材料，其彎曲強(qiáng)度高達(dá)，其彎曲強(qiáng)度高達(dá)1149MPa。
熱壓燒結(jié)碳化硼陶瓷
碳化硼是共價(jià)鍵很強(qiáng)的化合物，在高溫下燒結(jié)擴(kuò)散速率慢，物質(zhì)流動(dòng)發(fā)生較少，使其致密化過程非常困難。在熱壓燒結(jié)過程中三種致密化的連續(xù)機(jī)制：（1）粒子重排，開口氣孔率降低，閉口氣孔率保持不變（溫度范圍：1800~1950℃）。（2）塑性流動(dòng)，導(dǎo)致開口氣孔率的關(guān)閉，而不會對閉口氣孔率產(chǎn)生顯著影響(1950~2100℃）。（3）熱壓結(jié)束時(shí)的體積擴(kuò)散和氣孔消除（2100~2200℃）。為了降低燒結(jié)溫度和表面能、提高碳化硼陶瓷的綜合性能，必須添加添加劑來促進(jìn)談話碳化硼的燒結(jié)。
熱壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷
張希華、劉長霞、張建華把AlTiC中間合金引入氧化鋁陶瓷中，用過渡液相熱壓法制備TiC/Al2O3復(fù)合材料，AlTiC中間合金抑制了氧化鋁的晶粒生長，將熱壓、過渡液相燒結(jié)有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)了TiC/Al2O3復(fù)合材料的燒結(jié)質(zhì)量。彭曉峰、黃校先、張玉峰把經(jīng)預(yù)處理的氧化鋁粉體，經(jīng)過熱壓工藝，制備細(xì)晶粒氧化鋁陶瓷，在1450℃熱壓獲得了晶粒尺寸為0.5μm、抗彎強(qiáng)度為500MPa的氧化鋁陶瓷，在1550℃獲得了斷裂韌性為5.7MPa·m1/2的氧化鋁陶瓷材料。
熱壓燒結(jié)氮化鋁陶瓷
大量研究表明相同情況下熱壓燒結(jié)獲得的氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率比常壓燒結(jié)高。其中李發(fā)、劉征等分別采用常壓法和熱壓法來制備氮化鋁陶瓷并對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，觀察結(jié)果表明熱壓燒結(jié)獲得的氮化鋁陶瓷結(jié)果更加完整，在相同情況下，熱壓燒結(jié)AlN陶瓷中的體積百分?jǐn)?shù)低于常壓燒結(jié)的氮化鋁陶瓷；熱壓燒結(jié)獲得的氮化鋁陶瓷中晶格氧含量也同樣低于常壓燒結(jié)獲得的氮化鋁陶瓷，其熱壓燒結(jié)獲得的氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率為200W/m·K。
參考資料：
魯飛、劉樹峰等.氧化釔陶瓷的熱壓燒結(jié)和耐蝕行為
李勇霞.高性能氮化硅的制備及其性能研究
聶丹、王帥等.碳化硼陶瓷的制備工藝及其應(yīng)用現(xiàn)狀
張野.高純氧化鋁粉體的制備及燒結(jié)的研究
劉海華.熱壓燒結(jié)氮化鋁陶瓷制備工藝的研究
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