梯度材料
功能梯度材料(FGM)的成分是梯度变化的,各层的烧结温度不同,利用传统的烧结方法难以一次烧成。利用CVD、PVD等方法制备梯度材料,成本很高,也很难实现工业化。采用阶梯状的石磨模具,由于模具上、下两端的电流密度不同,因此可以产生温度梯度。利用SPS在石磨模具中产生的梯度温度场,只需要几分钟就可以烧结好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制备的梯度材料有:不锈钢/ZrO2;Ni/ZrO2;Al/高聚物;Al/植物纤维;PSZ/T等梯度材料。
1、CNC油压成形技术
CNC油压成形技术经过多年的开发已经进入量产阶段,虽然其购入成本较高但仍有多项优点,粉末冶金,值得注意与重视。台湾保来得已有四台机器加入生产行列,如图示。亚洲其他国家的粉末冶金厂,如中国大陆、韩国、日本也都进行相同的设备的投资。
2、快速冷却(Rapid Cooling)
快速冷却炉其主要原理是在一般烧结炉的后段加上冷却段之结构,产品在经过烧结本体后,以附加的快速冷却设备,利用高压马达输出强烈的冷风,加速冷却的原理,使粉末冶金产品获得理想的金属组织与硬度,而不需再度热处理。此工程技术可提率节省成本。
具体的优点可归纳如下:(1)具高强度及硬度;(2)节省热处理制程;(3)外观清洁度佳 (4) 尺寸控制安定。此项技术在欧洲的德国应用早。
3、微波烧结(Microwave sintering)
微波烧结在学术界及研究单位已经研究多年,美国 Spheric Technologies, Inc.,粉末冶金工具配件, 首先建造了可以用于小量生产的高温微波烧结炉,此设备适用于金属及陶瓷产品的雏型产品开发,但是受限于设备的开发及成本,该项技术还没有真正实现大规模应用。
生产,产品组织细小均匀,能保持原材料的自然状态,可以得到高致密度的材料,粉末冶金制品,可以烧结梯度材料以及复杂工件[3,11]。与HP和HIP相比,粉末冶金压制成型,SPS装置操作简单,不需要专门的熟练技术。文献[11]报道,生产一块直径100mm、厚17mm的ZrO2(3Y)/不锈钢梯度材料(FGM)用的总时间是58min,其中升温时间28min、保温时间5min和冷却时间25min。与HP相比,SPS技术的烧结温度可降低100~200℃[13]。
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