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氧化锆陶瓷等离子烧结特点

出处:氧化锆陶瓷 人气:发表时间:2015-3-31 16:29:00

 

氧化锆陶瓷等离子烧结方法主要通过温度、压力和时间几个参数控制烧结过程。但在烧结升温过程中,加热升温是依靠发热体对样本的对流、辐射加热,故其升温速率一般较慢(小于50 ℃/min)。由于快速升温对烧结和显微结构的发展有利,人们一直试图获得极高的升温速率。而高速升温的实现用常规的电加热法是无法实现的。等离子体加热可获得电加热法所无法达到的极高的升温速率。

氧化锆陶瓷

氧化锆陶瓷

等离子体加热原理

所谓等离子体烧结是指利用气体放电时形成的高温和电子能量以及可控气氛对材料进行烧结。由于等离子体瞬间即可达到高温,因而其升温速率可达1000 ℃/min以上,所以等离子体烧结技术是一种比较新的实验室用无压快速高温烧结技术。这一方法于1968年被首次用于A12 03陶瓷的烧结,经过二十多年的发展,这种方法现已成功地用于各种精细陶瓷,如AI2 ()3、Y2()3 Zr()2、Mg0、SiC等的烧结。

等离子体烧结特点

①温度高(可达2000IC或更高),升温速率快(可达100℃/s);

②烧结速度快,约0. 5mln之内即可将样品烧结;

③烧结速度快能够有效抑制样品的晶粒生长,但同时可能造成样品内外温度梯度及显微结构的不均匀;

④过快的升温可能使一些热胀系数较大、收缩量较大的物件在升温收缩过程中开裂;

⑤根据等离子体形状,目前以烧结棒状或管状样晶较为合适。

试样制备及在等离子体中的加热

用等离午体烧结的试样,目前多为长柱状或管状,直径小于15mm,常用5-lOmm。试样可直接用等静压制备,也用浇注法制备。试样必须保持干燥,具备较高强度和素坯密度。如试样素垤密度过低,则往往需要预烧并使其部分致密化,减少烧成时收缩量和开裂的可能性。试样尺寸不仅受等离子体等温区大小的限制,实际上更主要受到热冲出的制约。由于样品推人等离子体时,样牖受等离子体包裹部分有极高的升温速率,而等离子体外的样品则温度基本没有上升,故样品不同部分温差很大,热冲击也大。

另外如样品素坯密度过低,强度低,热胀系数过高,则由于热冲击引起的应力和导致破坏的可能性也大。所以要烧制尺寸较大的样品,不仅要有较大的等离子区,样品推进速度快,还必须制得较高密度和强度的素坯样品,这对热胀系数较高的材料尤为如此。

等离子体放电区温度达数千摄氏度,气体部分以离子状态存在。试样在放电区由于受到强对流传热和各种组分(离子、原子、电子等)在表面处冲击.,复合而得以加热。由于等离子体温度高,热流量大,故升温速率高,最高可达100 ℃/s,随温度升高试样表面的辐射程度加剧,最终可达到某一加热与热损失的平衡并保持一定温度。

一般的试样可达1600 - 1900 ℃的温度。由于气体温度远高于试样温度,故试样温度主要与气流情况(气体种类、压力)及输入功率有关。1600- 1900℃是较易达到的温度,也是较易控制的温度区间。更高温度时由于热损失增大难以进一步升温,更低温度时对等离子体的控制和调节不易。温度测量一般使用光学温度计,故温度测量和控制精度不佳。

 

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