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活化烧结与烧结气氛 粉末冶金原理 粉体工程1201班 郑凯 唐龙 活化烧结能 钨的活化烧结 1 电火花烧结 活化烧结 2 3 * 活化烧结 定义： 活化烧结是一种通过降低活化能来降低烧结温度、缩短烧结时间或提高烧结性能的烧结技术。 意义：可以达到降低烧结温度，加快烧结速度，促进致密化以提高烧结体密度和性能。 活化烧结 活化烧结方法： 依靠外界因素活化烧结过程，如在气氛中添加活化剂，使烧结过程循环地发生氧化—还原或其它反应，往烧结填料中添加强还原剂(如氢化物)，循环改变烧结温度，施加外应力等； 提高粉末的活性，使烧结过程活化，例如粉末或粉术压坯的表面预氧化，使粉末颗粒产生较多晶体缺陷或不稳定结构，添加活化元素以及使烧结形成少量液相等。 活化烧结 活化剂 活化剂必须是合金或者金属，在烧结过程中形成低温溶解相。 母体金属在活化剂中有较大的溶解度，活化剂金属在基体中有较低的溶解度。 在烧结过程中，活化剂在颗粒界面面形成隔离层，给快速烧结提供了一个高扩散率的途径。 1.1活化烧结能 K = Aexp(-Q/RT) ㏑K =㏑A – Q/RT 分析：根据上公式可知，欲加速烧结反应可知三种途径 （1） 降低烧结活化能Q，使exp(-Q/RT)值增大，从而使K值增大，通常所指活化烧结都是Q降低的过程； （2） 升高烧结温度T 也能使K值增大，但对一般的烧结过程也都适用，故不算活化烧结； （3）增大A值 在Q和T均不变的情况下，也能使K值增加，从而加速烧结过程，A值包含所谓反应原子碰撞的“频率因素”，因而在固相烧结中，改善烧结粉末的接触情况往往能促进反应，但不涉及活化能的改变，严格来说，也不属于“活化”，可称作“强化”。 1.2钨的活化烧结 钨粉的活化烧结最重要的应用是通过添加Ni等过渡族金属。 液相烧结的机构表明，当固相的原子溶解于液相(粘结相)时致密化速度增加，烧结所需时间缩短，从这个意义上讲，能在烧结温度下形成液相的就可用作活化烧结的添加元素。 但是，对于W—Cu—Ni重合金，当Cu与Ni比为1／2．5时，合金在低于Cu-Ni熔点的温度1050℃烧结，烧结后可以看到钨颗粒形成明显的卵形结构，并有明显的体积收缩。 这说明，有液相出现并不是产生活化烧结的唯一条件，在固相烧结时，也可通过添加合金元素促进烧结制品收缩，改善其性能。 1.2钨的活化烧结 添加镍对钨粉压坯烧结密度的影响 1.2钨的活化烧结 钨粉活化烧结的机构大都认为体积扩散是主要的。 镍等元素活化烧结钨的动力学介于固相烧结与液相烧结之间，钨在过渡金属中均有较大的溶解度(10%~20％)，后者在钨中的溶解可以忽略不计。 钨在镍等金属溶解时，首先在钨颗粒表面生成所谓“载体相”，然后钨原子通过该相向镍今不断扩散，这与液相烧结时液相成为物质迁移的载体有类似的地方，只是固相活化烧结时，载体相并不溶化。 1.2钨的活化烧结 扩散的结果使钨的颗粒不断靠拢，粉末坯块发生体积收缩。 钨与镍等金属的互扩散系数不相等，钨颗粒表面层内留下大量的空位缺陷，有助于内部物质迁移的进行。 1.3电火花烧结 定义:电火花烧结可以看作是一种物理活化烧结，称作电火花压力烧结。这是利用粉末间火花放电所产生的高温且同时受外应力作用的一种特殊烧结方法。 它具有等离子放电、活化强化、高效率和快速烧结等特点, 能够在较低的烧结温度、较小的成形压力和较短的时间内将粉末原料烧结成具有高性能的材料或制件。 1.3电火花烧结 电火花烧结机 电火花烧结原理：通过一对电极板和上下模冲向模腔内粉末直接通入高频和中频交流和直流的叠加电流。压模由石墨或者其他导电材料制成。加热粉末靠火花放电产生的热和通过粉末与模冲的电流产生的焦耳热。粉末在高温下处于塑性状态，通过模冲加压烧结并由于高频电流通过粉末形成的机械脉冲波的作用，致密化过程在极短时间（1-2s）就可完成。 1.3电火花烧结 轻压作用下粉末( 或颗粒) 堆积体的间隙中, 瞬间合适电压的加入, 各间隙端会形成不同的电位降落, 电位相对低的一端电子、离子对粉末颗粒表面的冲击会不同程度地击穿粉末颗粒表面的氧化膜, 产生微放电。这一微放电的形成, 会使电火花烧结出现一些在常规烧结中根本不出现或难以出现的有利于快速烧结的效应。如大大提高了粉末颗粒的内能, 使原子处于极不’稳态、结晶空位浓度增大, 位错繁殖, 导致扩散系数增加数十到数百倍, 粉末易于烧结, 组元易于合金化。另外, 在交变电源的作用下, 粉末体中存在一个电磁场, 粉末颗粒受到电磁场的作用会有微小振动, 犹如超声波作用一样, 有助于烧结材料的均匀化。 1.3电火花烧结 火花放电主要是在烧结初期发生，此时预加电荷很小，达到一定温度后控制输入的电功率并且增大压力，直到完成