超固相線液相燒結

超固相線液相燒結(supersolidus liquid phase sintering,SLPS) 由傳統液相燒結變化而來,該工藝將粉末坯加熱到液相線和固相線之間的溫度進行燒結。SLPS 可用於粒度較粗的預合金粉末。超固相線液相燒結屬於液相燒結的範疇,但它又不同於傳統混合粉末的液相燒結,在粉末顆粒相互接觸的地方以及晶界處形成液相層,晶界處的液相層軟化粉末顆粒,使粉末在顆粒間毛細管力的作用下緻密。但是,液相層也會降低結構剛度,因為顆粒在重力作用下會下落。因此,SLPS的局限性就在於緻密的必需條件經常會導致變形,液相體積分數高,雖然可以加速緻密化過程,但是也會降低尺寸精度。

SLPS 是從燒結機理角度來最佳化燒緒的一種特種燒結技術,它將完全預合金化的粉末加熱到合金相圖的固相線與液相線之間的某一溫度,使每個頂合金粉本的品粒內、晶界處及顆粒表面形成液相,在粉末顆粒間的接觸點與顆粒內晶界處形成的液相膜,藉助半固態粉末顆粒間的毛細管力使燒結體迅速達到緻密化~0,所以說SLPS 也屬於液相燒結範疇。在燒結過程中,液相與固相的體積分數基本不變《液相量為30%左右較佳》,燒結溫度範圍比較窄(大多數合金為30K 左右),一旦液相形成則迅速達到緻密化。
儘管SLPS屬於波相燒結範疇,但它又不同於傳統混合粉末的液相燒結,二省主要區別在於: SLPS所對應的原料是完全預合金粉末,而普通液相燒結所對應的原料是混合物。SLPS 燒結溫度選擇在合金相圖的固相線與液相線之間,液相在每個粉末顆粒內部形成,因此液相分布相當均勻。液相的形成,使每個顆粒都經歷分離和重排過程。一旦液相形成,燒結的緻密化速率相當快。由於預合金粉末的生產方法、成分和結構特徵不同,SLPS法燒結時液膜形成位置有所不同。因此,其SLPS緻密化的模型,也有所不同。國內有學者採用普通預合金粉的緻密化模型,給出了WCCO複合粉空心球顆粒的SLPS的緻密化模型,如圖6 1所示。SLPS的步驟依次如下: 液相形成、WC 晶粒滑動(一種蠕變過程)、重排、由溶解-析出所導致的晶粒粗化與孔隙消除。
SLPS 不僅具備常規液相燒結的優點,還可以使顆粒尺寸較大的預合金粉末進行快速繞結緻密化。German認為SLPS的特點為:1.合金的組織結構與性能對燒結溫度、工藝參數以及合金成分比較敏感;2.因顆粒間固態燒結阻礙液相出現時的顆粒重排,液相出現前的固相燒結對合金的最終緻密化有不利影響;3.一旦液相形成,合金的緻密化速率相當大,這雖然對獲得高的燒結密度有利,但同時也給合金尺寸與微觀結構的控制帶來了不利影響。在SLPS時,只有在實際液相數量與消除燒結坯中孔隙所需的液相數量相當接近時,才能獲得最佳的合金組織結構與性能。要滿足這種條件,必須嚴格控制合金的燒結溫度與合金成分。根據SLPS原理,壓力燒結有利於在較少液相數量的條件下獲得全緻密,有利於控制合金晶粒長大。

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