多孔材料的脉冲大电流热加工技术制备及机理研究

论文摘要

脉冲大电流热加工技术(PCH)是八十年代末九十年代初研制出的一种新型快速烧结技术,其显著特点是升温速率快、烧结时间短、烧结温度低和消耗能量少。对于多孔材料,快速烧结过程可以有效避免晶粒粗化而保证材料的孔隙率及孔隙分布均匀性。本文采用的导电金属和不导电陶瓷材料的球形颗粒作为原料,研究脉冲大电流加热条件下颈部的生长模型及原子扩散过程,弄清脉冲大电流加热条件下原子扩散与热压(HP)条件下原子扩散的区别,以证实特殊的电场和磁场是否对原子的扩散具有推动作用,揭示脉冲大电流加热条件下原子的扩散过程。并以金属粉末做为原料,探索了脉冲大电流热加工技术的工艺参数与多孔产品性能之间的关系。 烧结保温时间的延长会使球形颗粒间的烧结颈部长大,烧结样品的孔隙率减小;相同烧结制度时,原料球径越小,烧结程度越大,孔隙率越低。而且,颗粒球径越小,随着保温时间的延长,孔隙率降低的速度越快。相同烧结温度和烧结压力的条件下,要想获得可承受近似压力的试样,PCH过程的烧结时间远远短于HP过程。孔隙率明显的变化和屈服强度微小的变化说明PCH过程中保温时间对孔隙率的影响要大于其对屈服强度的影响,这也证明了PCH能在短时内烧结得出性能较好的多孔材料。HP得到的界面结合强度要弱于PCH。烧结温度越高,元素的相对扩散系数越大;相同烧结温度下,PCH样品的相对扩散系数要高于HP样品,即PCH过程中原子扩散要快于HP过程。在PCH条件下,由于有电流通过金属球,加上电场与磁场的作用,颗粒间产生放电现象,从而生成金属氧化物。 多孔钛样品的孔隙率随烧结温度升高呈指数下降趋势。孔隙度增大,电阻率的整体趋势也是增大的,并呈多项式关系。可溶性淀粉是较好的造孔剂。总孔隙率及开气孔率均随可溶性淀粉含量的增加而增加。孔隙率越大,试样实际受力面积减小,单位面积上能承受的载荷比致密材料的小,因而样品的强度越低,最大屈服应力值越小,最大压缩量越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔材料
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 多孔金属材料
• 1.1.3 多孔陶瓷材料
• 1.2 脉冲大电流热加工技术
• 1.2.1 脉冲大电流热加工装置及工作原理
• 1.2.2 脉冲大电流加热过程机理的若干观点
• 1.3 本文研究目的意义及研究内容
• 1.3.1 研究目的和意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
• 第二章 脉冲大电流热加工技术制备不锈钢多孔材料
• 2.1 实验方法及过程
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 脉冲大电流热加工技术制备
• 2.1.3 辐射加热技术制备
• 2.1.4 分析测试方法
• 2.2 结果分析与讨论
• 2.2.1 多孔材料的孔隙率
• 2.2.2 多孔材料的压缩性能
• 2.2.3 多孔材料的孔径分布
• 2.2.4 颗粒形成颈部界面处的显微硬度分析
• 2.2.5 烧结过程中的原子扩散
• 2.3 本章小结
• 第三章 脉冲大电流热加工技术制备 Cu/Fe多孔材料
• 3.1 实验方法及过程
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 脉冲大电流热加工技术制备
• 3.1.3 辐射加热技术制备
• 3.1.4 分析测试
• 3.2 结果分析与讨论
• 3.2.1 电子探针分析
• 3.2.2 烧结过程中的原子扩散
• 3.3 本章小结
• 2O₃多孔材料'>第四章 脉冲大电流热加工技术制备 Al₂O₃多孔材料
• 4.1 实验方法及过程
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 脉冲大电流热加工技术制备
• 4.1.3 辐射加热技术制备
• 4.1.4 分析测试方法
• 4.2 结果分析与讨论
• 4.2.1 多孔材料的孔隙率
• 4.2.2 多孔材料的孔隙形貌
• 4.2.3 相对烧结颈的大小
• 4.2.4 与辐射加热对比
• 4.3 本章小结
• 第五章 脉冲大电流热加工技术制备 Ti多孔材料
• 5.1 实验方法及过程
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 脉冲大电流热加工技术制备
• 5.1.3 分析测试方法
• 5.2 结果分析与讨论
• 5.2.1 烧结制度对孔隙率和样品性能的影响
• 5.2.2 添加剂对孔隙率和压缩性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录