基于放电等离子烧结的碳化硼陶瓷致密化研究
发布时间：2021-11-04 12:25
碳化硼是一种众所周知的结构陶瓷,具有优异的物理和化学性能,包括:高熔点、高硬度、低密度、良好的耐磨损性能、优异的高温稳定性和化学稳定性以及良好的中子吸收能力,广泛应用于防弹材料、耐火材料、耐磨材料、自润滑材料、特耐酸碱侵蚀材料、切割研磨工具、原子反应堆控制和屏蔽材料等。但是,由于碳化硼原子间以牢固的共价键连接、塑性低、抗晶界滑移性高、表面张力低,碳化硼的自扩散系数很低,难以烧结致密,严重影响了碳化硼陶瓷的使用性能。针对这一现状开展了碳化硼陶瓷的致密化研究。论文以纳米碳化硼粉为原料,以5.77 wt%的氧化锆为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术制备碳化硼陶瓷。研究了放电等离子烧结的烧结温度、施加压力、升温速率和保温时间等工艺参数对碳化硼致密度的影响。同时,对氧化锆在放电等离子烧结制备致密的碳化硼陶瓷过程中的作用进行了探索。研究得到的主要结论如下:（1）采用放电等离子烧结制备致密的碳化硼陶瓷的最佳烧结温度、施加压力、保温时间和升温速率分别为1800℃、80 MPa、12 min和100℃/min。烧结温度和施加压力是影响碳化硼陶瓷致密化的主要因素。当烧结温度低于1800℃时,提高烧结温度能够...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
放电等离子烧结设备的结构示意图[14]
化。与自身加热反应合成法(SHS)和微波烧结法类似，放电等离子烧结是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。放电等离子烧结烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在放电等离子烧结技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去处表面氧化物等)和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。图2-2真空腔体的结构示意图[76]Fig.2-2Schematicdiagramofvacuumchamber图2-3LABOX-325型放电等离子烧结设备Fig.2-3Sparkplasmasinteringsystemusedinthiswork由于放电等离子烧结技术具有快速、低温、高效率等优点，国外许多大学和科研机构都相继配备了放电等离子烧结烧结系统，并利用放电等离子烧结进行新材
6电极；真空腔体；气氛控制系统（真空、氩气）；直流脉冲及冷却水、位移测量、温度测量、和安全等控制单元，如图2-1所示。真空腔体部分的结构如图2-2所示。进行实验时，将试样装入石墨模具之中，模具置于上下电极之间，通过油压系统加压，然后对腔体抽真空，达到要求的真空度后通入脉冲电流进行实验。脉冲大电流直接施加于导电模具和样品上，通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热；同时，通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产生一定的密度，并随着温度的升高而增大，直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到最大。烧结完成后，停止通入脉冲电流，降压，试样随炉冷却。放电等离子烧结的加热方式是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用。在放电等离子烧结烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。与自身加热反应合成法(SHS)和微波烧结法类似，放电等离子烧结是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。放电等离子烧结烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在放电等离子烧结技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去处表面氧化物等)和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。图2-2真空腔体的结构示意图[76]Fig.2-2Schematicdiagramofvacuumchamber图2-3LABOX-325型放电等离子烧?
【参考文献】：
期刊论文
[1]B4C陶瓷材料的无压烧结与性能[J]. 岳新艳,应伟峰,喻亮,茹红强. 东北大学学报(自然科学版). 2010(01)
[2]放电等离子烧结技术[J]. 王秀芬,周曦亚. 中国陶瓷. 2006(07)
[3]放电等离子烧结（SPS）技术与新材料研究[J]. 杨俊逸,李小强,郭亮,陈维平,李元元. 材料导报. 2006(06)
[4]放电等离子烧结技术的发展和应用[J]. 张久兴,刘科高,周美玲. 粉末冶金技术. 2002(03)
[5]放电等离子烧结（SPS）技术[J]. 逄婷婷,傅正义,张东明. 材料导报. 2002(02)
[6]防弹陶瓷的研究现状与发展趋势[J]. 孙志杰,吴燕,张佐光,仲伟虹,沈建明. 宇航材料工艺. 2000(05)
[7]放电等离子加压烧结（SPS）技术特点及应用[J]. 张东明,傅正义. 武汉工业大学学报. 1999(06)
[8]放电等离子烧结技术[J]. 高濂,宫本大树. 无机材料学报. 1997(02)
硕士论文
[1]SPS反应烧结碳化硼陶瓷[D]. 章嵩.武汉理工大学 2007
本文编号：3475724
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
放电等离子烧结设备的结构示意图[14]
化。与自身加热反应合成法(SHS)和微波烧结法类似，放电等离子烧结是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。放电等离子烧结烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在放电等离子烧结技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去处表面氧化物等)和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。图2-2真空腔体的结构示意图[76]Fig.2-2Schematicdiagramofvacuumchamber图2-3LABOX-325型放电等离子烧结设备Fig.2-3Sparkplasmasinteringsystemusedinthiswork由于放电等离子烧结技术具有快速、低温、高效率等优点，国外许多大学和科研机构都相继配备了放电等离子烧结烧结系统，并利用放电等离子烧结进行新材
6电极；真空腔体；气氛控制系统（真空、氩气）；直流脉冲及冷却水、位移测量、温度测量、和安全等控制单元，如图2-1所示。真空腔体部分的结构如图2-2所示。进行实验时，将试样装入石墨模具之中，模具置于上下电极之间，通过油压系统加压，然后对腔体抽真空，达到要求的真空度后通入脉冲电流进行实验。脉冲大电流直接施加于导电模具和样品上，通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热；同时，通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产生一定的密度，并随着温度的升高而增大，直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到最大。烧结完成后，停止通入脉冲电流，降压，试样随炉冷却。放电等离子烧结的加热方式是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用。在放电等离子烧结烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。与自身加热反应合成法(SHS)和微波烧结法类似，放电等离子烧结是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。放电等离子烧结烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在放电等离子烧结技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质(如去处表面氧化物等)和吸附的气体。电场的作用是加快扩散过程。图2-2真空腔体的结构示意图[76]Fig.2-2Schematicdiagramofvacuumchamber图2-3LABOX-325型放电等离子烧?
【参考文献】：
期刊论文
[1]B4C陶瓷材料的无压烧结与性能[J]. 岳新艳,应伟峰,喻亮,茹红强. 东北大学学报(自然科学版). 2010(01)
[2]放电等离子烧结技术[J]. 王秀芬,周曦亚. 中国陶瓷. 2006(07)
[3]放电等离子烧结（SPS）技术与新材料研究[J]. 杨俊逸,李小强,郭亮,陈维平,李元元. 材料导报. 2006(06)
[4]放电等离子烧结技术的发展和应用[J]. 张久兴,刘科高,周美玲. 粉末冶金技术. 2002(03)
[5]放电等离子烧结（SPS）技术[J]. 逄婷婷,傅正义,张东明. 材料导报. 2002(02)
[6]防弹陶瓷的研究现状与发展趋势[J]. 孙志杰,吴燕,张佐光,仲伟虹,沈建明. 宇航材料工艺. 2000(05)
[7]放电等离子加压烧结（SPS）技术特点及应用[J]. 张东明,傅正义. 武汉工业大学学报. 1999(06)
[8]放电等离子烧结技术[J]. 高濂,宫本大树. 无机材料学报. 1997(02)
硕士论文
[1]SPS反应烧结碳化硼陶瓷[D]. 章嵩.武汉理工大学 2007
本文编号：3475724
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3475724.html
