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廈門至隆：鎂鋁尖晶石粉體燒結(jié)工藝的”得力助手“

至隆真空 2023-07-13 | 閱讀：2495

鎂鋁尖晶石粉體的合成

鎂鋁尖晶石的結(jié)構(gòu)可以看成是閃鋅礦和巖鹽結(jié)構(gòu)的結(jié)合，鎂鋁尖晶石是分子組成為 AB2O4 的等軸晶系化合物，簡稱 MAS。

原料活性是影響 MAS 材料燒結(jié)致密化的重要因素之一，MAS 的活性主要受粉體的純度、比表面積及化學(xué)均勻性等因素的影響。氧化物具備較大的晶格容量和較為穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)狀態(tài)，晶界的遷移也需要更高的活性，所以氧化物在較高的溫度下難以燒結(jié)致密。在很多的研究中，通常采用機(jī)械粉碎球磨的方法來減小原料的粒度，從而改善原料的活性，但在球磨的過程中需要消耗較多的能量，而且容易帶入雜質(zhì)。因此，在低溫下合成分散性好、純度高、粒度小、化學(xué)成分均勻、粒徑分布窄、比表面積大及燒結(jié)活性好的 MAS 粉末材料具有重要的意義。近年來，MAS 粉末的合成方法很多，主要有固相法、燃燒合成法、共沉淀法、溶膠-凝膠法和常規(guī)水熱法等。

燒結(jié)方法對鎂鋁尖晶石燒結(jié)致密化的影響

燒結(jié)是MAS材料生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，MAS生坯需要在低于其熔點(diǎn)溫度（2135℃）的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，使顆粒間隙自發(fā)地填充，以達(dá)到致密化的過程。

在高溫條件下，MAS生坯中的顆粒間通過傳質(zhì)、擴(kuò)散作用形成晶粒和晶界，物質(zhì)在表面張力作用下的發(fā)生晶界遷移，最終通過改變物質(zhì)在晶界上的遷移方式或遷移途徑來促進(jìn)燒結(jié)。

燒結(jié)過程通常被分為燒結(jié)前期、燒結(jié)中期和燒結(jié)后期三個(gè)階段。（1）在燒結(jié)前期，隨著溫度的升高，原子擴(kuò)散速率加快，晶粒間的接觸面積變大，晶界遷移速率變快，經(jīng)過形核和晶粒長大等一系列的過程后形成燒結(jié)頸。從燒結(jié)體表面來看，燒結(jié)體的體積收縮不明顯，燒結(jié)體的體積密度增加也不明顯。但是晶粒間接觸面積的增大會使燒結(jié)體的強(qiáng)度增加。（2）在燒結(jié)中期，燒結(jié)體中的孔隙減小，孤立的開氣孔形成連通的氣孔網(wǎng)絡(luò)，最后由于氣孔通道變窄，開氣孔逐漸變成閉氣孔。燒結(jié)體的體積收縮明顯，燒結(jié)體的體積密度明顯增加，且燒結(jié)體的抗彎曲強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度也顯著增強(qiáng)，陶瓷材料的致密化主要在這一階段完成。（3）在燒結(jié)后期，晶界上殘余的物質(zhì)繼續(xù)運(yùn)動，最后擴(kuò)散到孔隙中，閉氣孔逐漸縮小，最后球化或消失。同時(shí)，晶界遷移速率變得越來越快，使燒結(jié)體的體積密度增加。

在MAS陶瓷的燒結(jié)過程中，由于外應(yīng)力和剩余應(yīng)力共同作用，擴(kuò)散速率加快，使晶粒通過晶界遷移，晶粒間進(jìn)行有序排列，進(jìn)而改善MAS的燒結(jié)致密化。在MAS陶瓷材料的燒結(jié)致密化過程中，晶粒之間會形成燒結(jié)頸。根據(jù)分子動力學(xué)模型，在MAS生坯的燒結(jié)初期，在粒子間形成燒結(jié)頸的同時(shí)，會產(chǎn)生相應(yīng)的剪切應(yīng)力，使晶粒之間不停旋轉(zhuǎn)，使MAS陶瓷材料的致密化程度加深。而在MAS坯體的燒結(jié)后期，晶粒會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，那些未發(fā)生結(jié)晶排列的晶粒會找到合適的位置進(jìn)行重排，從而導(dǎo)致晶粒的異常長大。要提高M(jìn)AS陶瓷材料的致密化程度，抑制晶粒的異常長大是關(guān)鍵。因此，找到一種可以抑制燒結(jié)后期的晶粒生長速度，加快致密化速率的燒結(jié)工藝至關(guān)重要。

熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)（HP）是在燒結(jié)的過程中，對模具內(nèi)的原料施加一定的壓力，使原料在極短的時(shí)間內(nèi)燒結(jié)成致密的坯體。在高溫和高壓的共同作用下，陶瓷材料的成型和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行，促進(jìn)原料擴(kuò)散與致密化過程。在燒結(jié)的過程中使生坯具有一定的熱塑性，有助于晶粒之間擴(kuò)散和傳質(zhì)的進(jìn)行，可促進(jìn)陶瓷燒結(jié)體的致密化。

放電等離子體燒結(jié)

放電等離子體燒結(jié)（SPS）是在燒結(jié)過程中，對原料施加脈沖電流進(jìn)行加熱的

一種燒結(jié)工藝。在加熱過程中，將等離子活化，熱壓后融在一起，所以也可以叫做等離子體活化燒結(jié)。SPS 具有升溫（冷卻）速度較快、燒結(jié)溫度較低及燒結(jié)時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)。

熱等靜壓燒結(jié)

熱等靜壓（HIP）是通過流體介質(zhì)在原料的表面同時(shí)施加高壓和高溫，成型和

燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的工藝。HIP 結(jié)合了高溫?zé)Y(jié)和常溫等壓工藝，克服了常規(guī)熱壓中陶瓷材料壓力不均勻和缺乏橫向壓力等問題。利用 HIP 可以獲得高致密度和微觀結(jié)構(gòu)均勻的 MAS 陶瓷產(chǎn)品。作為燒結(jié)工藝?yán)锍Ｓ玫脑O(shè)備——燒結(jié)爐在生產(chǎn)制造的過程中發(fā)揮著重要的作用。

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廈門至隆真空科技有限公司是一家集產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和營銷為一體的粉末冶金設(shè)備熱處理設(shè)備及方案提供商，是一家國家級高新技術(shù)企業(yè)。公司自2008年成立以來，立足于粉末冶金、熱處理、釬焊爐、2300℃、2600℃高溫爐等工業(yè)爐為主的熱技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，并以粉末冶金材料成型加工為輔，一直秉持著“敢拼、敢想、不解決問題不罷休，學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、匠心締造完美品質(zhì) ”的理念。

產(chǎn)品介紹

1.氣壓燒結(jié)爐1.6.10.20MPa

產(chǎn)品概述

用于數(shù)控刀片、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、銅基合金、鐵基合金、碳化鈦等粉末冶金產(chǎn)品的脫脂、加壓燒結(jié)，提高抗彎強(qiáng)度、硬度，提升密度，獲得極優(yōu)良的微觀金相組織。該設(shè)備將負(fù)壓脫脂、H2微正壓脫脂、氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、加壓燒結(jié)及快速冷卻多個(gè)過程集于一爐次內(nèi)連續(xù)完成，有效地提高了生產(chǎn)效率、降低了能耗，具有性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特點(diǎn)

(1)設(shè)備尺寸齊全，從實(shí)驗(yàn)爐到大批量規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用爐均可提供，設(shè)計(jì)壓力全面：1、6、10、20MPa；

(2)多區(qū)獨(dú)立控溫，爐門硬氈采用特殊的臺階式結(jié)構(gòu)，保證整爐的溫度均勻性；

(3)特殊的發(fā)熱體、馬弗排布結(jié)構(gòu)，維護(hù)簡單方便；

(4)保溫筒采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)外可采用CFC材料，提高強(qiáng)度，延長使用壽命；

(5)集成負(fù)壓脫脂、H2微正壓脫脂、TOVAC、分壓燒結(jié)、加壓燒結(jié)、快速冷卻等功能；

(6)三級高效脫脂系統(tǒng)：收蠟率≥98%；

(7)可脫除各種成型劑：橡膠、石蠟、PEG、塑料、乙基纖維素等；

(8)整個(gè)工藝一鍵啟動、全自動操作、數(shù)據(jù)記錄備份，隨時(shí)調(diào)閱；

(9)程序具有斷電續(xù)熱功能，一旦斷電，可以不必重新啟動程序；

(10)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)零距離的故障診斷及修復(fù)工作；

(11)采用特殊結(jié)構(gòu)馬弗，密封效果好，脫脂完全，對爐內(nèi)元件無污染；

(12)配備內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)，保證設(shè)備內(nèi)部水路清潔，避免水路結(jié)垢堵塞；

(13)模塊化組裝、快速安裝調(diào)試；

(14)加熱系統(tǒng)電弧實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，防止對整個(gè)加熱系統(tǒng)及爐體造成嚴(yán)重?fù)p傷；

(15)不斷學(xué)習(xí)，及技術(shù)優(yōu)化，已經(jīng)取得數(shù)十項(xiàng)專利，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)設(shè)備高端國際華；

(16)出口資質(zhì)：歐美ASME認(rèn)證、韓國KGS認(rèn)證。

2.單室真空高壓氣淬爐

產(chǎn)品概述

該設(shè)備用于高速工具鋼、量具刃具鋼、模具鋼等合金鋼材料的真空淬火，具有對流加熱功能，可實(shí)現(xiàn)分級淬火、等溫淬火等工藝，也可做回火、退火、滲碳、滲氮等熱處理工藝。最高冷卻氣體壓力為6bar或10bar。

可實(shí)現(xiàn)低溫段快速和均勻加熱，合理的加熱室結(jié)構(gòu)，使加熱更均勻，熱損耗小，更節(jié)能。

配有高效紫銅換熱器，高速高壓風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對工件快速冷卻。

技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用鎢鉬全金屬爐膽，適用對碳?xì)夥彰舾械牟牧系臒Y(jié)工藝；

（2）采用特殊的爐膽結(jié)構(gòu)和加熱布置，多區(qū)控制，超高爐溫均勻性；

（3）加熱材料：鎢、鉬、石墨；

（4）具備柔性抽真空、真空燒結(jié)、微正壓燒結(jié)、分壓燒結(jié)功能；

（5）采用觸摸屏操作，PLC集中控制，操作簡單，可靠性高。

3.高溫高真空釬焊爐

產(chǎn)品概述

用于不銹鋼、高溫合金、耐熱合金等真空釬焊，還適用于含鈦、鋯、鈮、鉬等同種難熔合金或異種金屬的真空釬焊。廣泛應(yīng)用于真空開關(guān)管（滅弧室）的封排、以及鈦合金、雷達(dá)屏蔽網(wǎng)、EGR冷卻器、金剛石刀具、鐵鉻鋁載體等釬焊。

技術(shù)特點(diǎn)

（1）：在焊接過程中，零件處于真空氣氛或保護(hù)氣氛下，具有無氧化、變形小、無氣孔、無焊劑夾渣物、表面光亮、無污染工藝等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多道釬縫、多個(gè)組件同時(shí)焊接。（2）：控制系統(tǒng)由PLC控制動作，智能溫控儀控制溫度，控制準(zhǔn)確，自動化程度高一鍵啟動，操作簡單可靠。

4.石墨化爐