陶瓷材料的熱壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

1、陶瓷材料的熱壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握熱壓燒結(jié)的基本原理和特點(diǎn)以及熱壓燒結(jié)適用的范圍；2了解熱壓爐的基本構(gòu)造；3掌握熱壓爐的基本操作要領(lǐng)；4了解影響熱壓燒結(jié)的主要因素。二、實(shí)驗(yàn)原理熱壓燒結(jié)是區(qū)別于常規(guī)燒結(jié)的特種燒結(jié)方法之一，它是在陶瓷或金屬粉體加熱的同時(shí)施加壓力。裝在耐高溫的磨具中的粉體顆粒在壓力和溫度的雙重作用下，逐步靠攏、滑移、變形并依靠各種傳質(zhì)機(jī)制（如蒸發(fā)凝聚、擴(kuò)散、粘塑性流動(dòng)、溶解沉淀，視組分不同而以不同的機(jī)制為主），完成致密化過(guò)程，形成外部輪廓與模腔形狀一致的致密燒結(jié)體。因此，熱壓燒結(jié)可將壓制成型和燒結(jié)一并完成。由于在高溫下持續(xù)有壓力的作用，擴(kuò)散距離縮短，塑性流動(dòng)過(guò)程加快，并影響到

2、其他傳質(zhì)過(guò)程的加速，熱壓燒結(jié)致密化的溫度（燒結(jié)溫度）要比常規(guī)燒結(jié)低150200，保溫時(shí)間也短的多（有時(shí)僅需2030min）。與常規(guī)燒結(jié)相比，熱壓燒結(jié)體的氣孔率低，相對(duì)密度高；燒結(jié)溫度低、保溫時(shí)間短，晶粒不易長(zhǎng)大，所以熱壓燒結(jié)體的力學(xué)性能高。原則上，凡能用常規(guī)燒結(jié)的陶瓷材料或金屬材料均可用熱壓燒結(jié)來(lái)獲得更為致密的坯體，但熱壓燒結(jié)更適用于一些用常規(guī)方法難以燒結(jié)致密的材料，如各種非氧化物陶瓷、難熔金屬、金屬-無(wú)機(jī)復(fù)合材料等。熱壓燒結(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)在于：成型壓力小，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，制品密度高、晶粒細(xì)小。存在的缺點(diǎn)是：制品形狀簡(jiǎn)單、表面較粗糙，尺寸精度低，一般需后續(xù)清理和機(jī)械加工，單件生產(chǎn)、效率低，

3、對(duì)模具材料要求高，耗費(fèi)大。三、熱壓爐的基本結(jié)構(gòu)熱壓爐的基本構(gòu)造可分為兩部分：一為爐體和加熱系統(tǒng)，一為加壓系統(tǒng)。爐體通常為圓柱形雙層殼體，用耐熱性好的合金鋼制成，夾層內(nèi)通冷卻水對(duì)爐壁、底、蓋進(jìn)行冷卻，以保護(hù)爐體金屬；加熱常用高純石墨的電阻發(fā)熱，由于石墨電阻小，需用變壓器以低電壓、大電流加在石墨發(fā)熱元件上；在發(fā)熱元件與爐體之間，設(shè)置有隔熱層，以防止?fàn)t內(nèi)的高溫散失，同時(shí)也保護(hù)爐體；為防止石墨氧化，熱壓時(shí)必須在真空或非氧化氣氛下進(jìn)行，所以，爐體需具有很好的密封性，符合真空系統(tǒng)要求，并帶有機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵。根據(jù)燒結(jié)的材料不同，也可通入惰性氣體（如氬氣）或氮?dú)?、氫氣等；溫度通過(guò)控制電壓、電流來(lái)改變加于發(fā)

4、熱元件上的輸出功率而實(shí)現(xiàn)。加壓系統(tǒng)常為電動(dòng)液壓式單軸上下方向加壓，在發(fā)熱元件圍成的爐腔中部放有高強(qiáng)度石墨制成的壓模，壓模有模套、上下壓頭組成，上（或下）壓頭能在模套內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體材料的壓制。四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1熱壓爐；2高強(qiáng)石墨磨具及石墨襯套、墊片；3h-BN粉，酒精；4燒杯、小毛刷；4氣氛燒結(jié)時(shí)需備有保護(hù)氣體。五、實(shí)驗(yàn)步驟1粉體準(zhǔn)備2模具準(zhǔn)備在燒杯中以無(wú)水酒精、h-BN粉配成懸浮液，用小毛刷將其涂刷與模具的模套內(nèi)壁、上壓頭四周及下接觸面、下壓頭上接觸面以及襯套的內(nèi)外表面、墊片的全部表面，以防止熱壓時(shí)粘模而便于脫模。3裝粉、裝模將模套襯套裝配在一起，再將下壓頭裝入模腔，放入一保護(hù)墊片，將粉

5、體適量裝入模腔，表面刮平，再放一保護(hù)墊片后將上壓頭插入，并輕輕旋之無(wú)卡滯現(xiàn)象。將裝好粉料的磨具裝在爐內(nèi)中央下面的下壓頭座上，保證平穩(wěn)；其上放加壓壓頭，蓋好隔熱墊，安裝好爐蓋，上緊螺栓，裝爐完成。4抽氣抽真空至要求的真空度。如氣氛燒結(jié)，也要先抽真空，真空度可不要求太高。5升溫、通保護(hù)氣體升溫時(shí)需打開(kāi)各冷卻水進(jìn)出口閥。開(kāi)啟加熱按鈕，按事先確定好的升溫速率加熱。如氣氛燒結(jié)，保護(hù)氣體可開(kāi)始升溫時(shí)即通氣。6燒結(jié)保溫、加壓達(dá)到所需燒結(jié)溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)算保溫時(shí)間，同時(shí)加壓至所需燒結(jié)壓力，并保壓至所需時(shí)間。加壓也可分段進(jìn)行。7燒結(jié)結(jié)束工作保溫結(jié)束后，即可關(guān)閉加熱系統(tǒng)電源，讓爐子內(nèi)各物件自然冷卻，但冷卻水（及保護(hù)氣體）仍通。加壓系統(tǒng)關(guān)閉電源。冷至室溫后，通水、通氣結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水閥、通氣閥、氣瓶等。8脫模、取樣爐內(nèi)溫度冷至室溫即可打開(kāi)爐蓋，取出模具，壓出襯套、墊片及試樣。六、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前務(wù)必認(rèn)真閱讀指導(dǎo)書(shū)，在指導(dǎo)老師講解下結(jié)合實(shí)物，了解爐子結(jié)構(gòu)和各控制按鈕、閥的作用。2熱壓爐為大型貴重設(shè)備，必須在老師指導(dǎo)下多人協(xié)作才能使用，禁止隨便亂動(dòng)按鈕、控制閥和溫度儀表等。3石墨磨具和爐內(nèi)其他石墨件均為易碎品，價(jià)值較高，不得敲擊，要輕拿輕放。4。燒結(jié)時(shí)注意冷卻水溫度不可太高，以有效保護(hù)爐體。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募盎驹?熱壓