梯度材料

梯度材料

功能梯度材料（FGM）的成分是梯度變化的，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用CVD、PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。采用階梯狀的石磨模具，由于模具上、下兩端的電流密度不同，因此可以產(chǎn)生溫度梯度。利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場，只需要幾分鐘就可以燒結(jié)好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制備的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2；Ni/ZrO2；Al/高聚物；熱點(diǎn)材料的品質(zhì)因數(shù)越高（Z=α2/kρ，其中Z是品質(zhì)因數(shù)，α為Seebeck系數(shù)，k為熱導(dǎo)系數(shù)，ρ為材料的電阻率），其熱電轉(zhuǎn)換效率也越高。Al/植物纖維；PSZ/T等梯度材料。

加工粉末冶金

利用類似于SHS電場ji活作用的SPS技術(shù)，對陶瓷、復(fù)合材料和梯度材料的合成和致密化同時(shí)進(jìn)行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。利用SPS可制備大尺寸的FGM，目前SPS制備的尺寸較大的FGM體系是ZrO2(3Y)/不銹鋼圓盤，尺寸已達(dá)到100mm×17mm[23]。中南大學(xué)粉末冶金研究院（此研究院在國內(nèi)zhao本碩博）是國內(nèi)最為知名的粉末冶金研究機(jī)構(gòu)。

用普通燒結(jié)和熱壓WC粉末時(shí)必須加入添加劑，而SPS使燒結(jié)純WC成為可能。用SPS制備的WC/Mo梯度材料的維氏硬度（HV）和斷裂韌度分別達(dá)到了24Gpa和6Mpa·m1/2,大大減輕由于WC和Mo的熱膨脹不匹配而導(dǎo)致熱應(yīng)力引起的開裂[24]。（1）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。

?粉末冶金技術(shù)工藝過程

粉末冶金技術(shù)工藝過程

一、粉料制備與壓制成型

常用機(jī)械粉碎、霧化、物理化學(xué)法制取粉末。制取的粉末經(jīng)過篩分與混合，混料均勻并加入適當(dāng)?shù)脑鏊軇?，再進(jìn)行壓制成型，粉粒間的原子通過固相擴(kuò)散和機(jī)械咬合作用，使制件結(jié)合為具有一定強(qiáng)度的整體。壓力越大則制件密度越大，強(qiáng)度相應(yīng)增加。有時(shí)為減小壓力和增加制件密度，也可采用熱等靜壓成型的方法。力學(xué)特性粉末的力學(xué)性能即粉末的工藝性能，它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數(shù)。

二、燒結(jié)

將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點(diǎn)的2/3～3/4倍。由于高溫下不同種類原子的擴(kuò)散，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的再結(jié)晶，使粉末顆粒相互結(jié)合，提高了粉末冶金制品的強(qiáng)度，并獲得與一般合金相似的組織。經(jīng)燒結(jié)后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，屬于多孔性材料。呈固態(tài)的情況使金屬與合金或者金屬化合物轉(zhuǎn)變成粉末的方法包括：（1）從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機(jī)械粉碎法和電化腐蝕法：。

三、后處理

一般情況下，燒結(jié)好的制件能夠達(dá)到所需性能，可直接使用。但有時(shí)還需進(jìn)行必要的后處理。如精壓處理，可提高制件的密度和尺寸形狀精度；對鐵基粉末冶金制件進(jìn)行淬火、表面淬火等處理可改善其機(jī)械性能；由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、gao效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，并利用SPS進(jìn)行新材料的研究和開發(fā)[3]。為達(dá)到潤滑或耐蝕目的而進(jìn)行浸油或浸漬其它液態(tài)潤滑劑；將低熔點(diǎn)金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理，可提高制件的強(qiáng)度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。