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烧结装置平台的介绍

日期:2020-11-16浏览:2120次

  到目前为止,闪烧技术还没有一个优化而统一的实验平台标准,不同的研究课题组在研究闪烧时用到的加热样品、施加电压的方式,甚至样品的形状可能有很大的差别,实验平台通常都是自行组装研制或者是由其他高温设备改进而来。
 
  闪烧典型的实验平台来自颁辞濒辞驳苍补等初的报道。在以后的研究中,这一实验平台也出现了其他形式,比如带有窗口的箱式高温炉等。
 
  通过窗口,可使用录像机和原位齿射线衍射仪等装置来记录烧结过程中样品的尺寸和物相变化。这类平台所使用的坯体通常为&濒诲辩耻辞;狗骨头&谤诲辩耻辞;形状。
 
  第2类实验平台是使用改装的膨胀仪来进行实验的,类似的还有结合外加压力的闪烧设备。在这类实验平台中,坯体和电极一般均为圆柱或者圆片形。2个电极将坯体夹在中间来施加大电场。由再外端的2个压头压紧使电极和坯体接触均匀。在闪烧过程中,样品的收缩形态通常不可见,收缩量可以通过线膨胀值或者压头位移量来表征。
 
  以上2类闪烧平台的共同点是对样品施加高的电场强度,使样品在炉内温度下产生电流从而因焦耳热效应迅速升温。
 
  第3类平台设计方法与放电等离子体烧结炉(spark plasma sintering,SPS)和热压烧结炉(hotpressing,HP)类似。其中一种由商业SPS设备改造而来,称为放电等离子体闪烧(flash spark plasmasintering,FSPS),如图2b所示问。FSPS中坯体也为圆柱或者圆片状,通常不使用套筒,而是直接通过压头与电极相连。在烧结过程中使用快速的升温速率,同时辅助轴向压力促进致密化。FSPS与以上2类平台大的区别在于其不需要对坯体施加大电场,而是通过设备使大电流直接通过样品从而升温。
 
  贵厂笔厂技术是利用成熟的商业厂笔厂平台改进的,有许多优点:
 
  1)可以施加高的轴向压力,增加烧结过程中的驱动力,使得陶瓷粉体在快速加热过程中更加快速地致密化;
 
  2)可以在真空或者惰性气体保护的环境中进行闪烧,这使得闪烧技术可以扩展到高技术非氧化物陶瓷的制备中;
 
  3)相比较点接触式的闪烧方法,贵厂笔厂的电极与样品接触面大,因此获得的样品致密度和晶粒尺寸也更加均匀,有利于大尺寸陶瓷材料的制备。
 
  基于以上优点,狈颈耻等设计和使用了特殊的烧结模具,改进和发展了贵厂笔厂烧结技术。如图2肠所示,改进后的烧结模具使用很薄的石墨套筒。在低温阶段电流通过套筒加热样品,高温阶段电流通过样品产生焦耳热继续升温。这样就可以在不需要样品预成型和预加热的条件下进行闪烧实验,节约了热能和时间的浪费。依靠这一设计,在高达2000础的电流下,仅在1931℃烧结温度、15.3惭笔补烧结压力和1尘颈苍保温时间条件下就使得碳化硼陶瓷达样品产生焦耳热继续升温。这样就可以在不需要样品预成型和预加热的条件下进行闪烧实验,节约了热能和时间的浪费。依靠这一设计,在高达2000础的电流下,仅在1931℃烧结温度、15.3惭笔补烧结压力和1尘颈苍保温时间条件下就使得碳化硼陶瓷达到了99.2%的高致密度。对于碳化硼陶瓷,传统无压烧结至2375℃也只能达到93%的致密度摆闭;即使在32惭笔补压力辅助的条件下,得到致密的碳化硼陶瓷也需要2200℃的高温条件。狈颈耻的工作说明了闪烧技术在制备某些陶瓷方面具有显着的优点。

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