常規(guī)燒結(jié)方法主要通過(guò)溫度、壓力和時(shí)間幾個(gè)參數(shù)控制燒結(jié)過(guò)程。但在燒結(jié)升溫過(guò)程中，加熱升溫是依靠發(fā)熱體對(duì)樣t鈷的對(duì)流、輻射加熱，故其升溫速率一般較慢（小于50 ℃/min）。由于快速升溫對(duì)燒結(jié)和顯微結(jié)構(gòu)的發(fā)展有利，人們一直試圖獲得極高的升溫速率。而高速升溫的實(shí)現(xiàn)用常規(guī)的電加熱法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。等離子體加熱可獲得電加熱法所無(wú)法達(dá)到的極高的升溫速率。
等離子體加熱原理
所謂等離子體燒結(jié)是指利用氣體放電時(shí)形成的高溫和電子能量以及可控氣氛對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié)。由于等離子體瞬間即可達(dá)到高溫，因而其升溫速率可達(dá)1000 ℃/min以上，所以等離子體燒結(jié)技術(shù)是一種比較新的實(shí)驗(yàn)室用無(wú)壓快速高溫?zé)Y(jié)技術(shù)。這一方法于1968年被首次用于A12 03陶瓷的燒結(jié)，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，這種方法現(xiàn)已成功地用于各種精細(xì)陶瓷，如AI2 ()3、Y2()3 Zr()2、Mg0、SiC等的燒結(jié)。
等離子體燒結(jié)特點(diǎn)
①溫度高（可達(dá)2000IC或更高），升溫速率快（可達(dá)100℃/s）；
②燒結(jié)速度快，約0. 5mln之內(nèi)即可將樣品燒結(jié)；
③燒結(jié)速度快能夠有效抑制樣品的晶粒生長(zhǎng)，但同時(shí)可能造成樣品內(nèi)外溫度梯度及顯微結(jié)構(gòu)的不均勻；
④過(guò)快的升溫可能使一些熱脹系數(shù)較大、收縮量較大的物件在升溫收縮過(guò)程中開(kāi)裂；
⑤根據(jù)等離子體形狀，目前以燒結(jié)棒狀或管狀樣晶較為合適。
試樣制備及在等離子體中的加熱
用等離午體燒結(jié)的試樣，目前多為長(zhǎng)柱狀或管狀，直徑小于15mm，常用5-lOmm。試樣可直接用等靜壓制備，也用澆注法制備。試樣必須保持干燥，具備較高強(qiáng)度和素坯密度。如試樣素垤密度過(guò)低，則往往需要預(yù)燒并使其部分致密化，減少燒成時(shí)收縮量和開(kāi)裂的可能性。試樣尺寸不僅受等離子體等溫區(qū)大小的限制，實(shí)際上更主要受到熱沖出的制約。由于樣品推人等離子體時(shí)，樣牖受等離子體包裹部分有極高的升溫速率，而等離子體外的樣品則溫度基本沒(méi)有上升，故樣品不同部分溫差很大，熱沖擊也大。另外如樣品素坯密度過(guò)低，強(qiáng)度低，熱脹系數(shù)過(guò)高，則由于熱沖擊引起的應(yīng)力和導(dǎo)致破壞的可能性也大。所以要燒制尺寸較大的樣品，不僅要有較大的等離子區(qū)，樣品推進(jìn)速度快，還必須制得較高密度和強(qiáng)度的素坯樣品，這對(duì)熱脹系數(shù)較高的材料尤為如此。
等離子體放電區(qū)溫度達(dá)數(shù)千攝氏度，氣體部分以離子狀態(tài)存在。試樣在放電區(qū)由于受到強(qiáng)對(duì)流傳熱和各種組分（離子、原子、電子等）在表面處沖擊．，復(fù)合而得以加熱。由于等離子體溫度高，熱流量大，故升溫速率高，最高可達(dá)100 ℃/s，隨溫度升高試樣表面的輻射程度加劇，最終可達(dá)到某一加熱與熱損失的平衡并保持一定溫度。一般的試樣可達(dá)1600 - 1900 ℃的溫度。由于氣體溫度遠(yuǎn)高于試樣溫度，故試樣溫度主要與氣流情況（氣體種類、壓力）及輸入功率有關(guān)。1600- 1900℃是較易達(dá)到的溫度，也是較易控制的溫度區(qū)間。更高溫度時(shí)由于熱損失增大難以進(jìn)一步升溫，更低溫度時(shí)對(duì)等離子體的控制和調(diào)節(jié)不易。溫度測(cè)量一般使用光學(xué)溫度計(jì)，故溫度測(cè)量和控制精度不佳。
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本文“等離子燒結(jié)介紹及特點(diǎn)”由科眾陶瓷編輯整理，修訂時(shí)間：2019-03-16 11:43:24
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