本公開涉及材料燒結(jié)，尤其涉及熱壓燒結(jié)，更具體地涉及一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法和冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置。

背景技術(shù)：

1、燒結(jié)工藝是一種將粉末材料通過加熱使其顆粒間發(fā)生粘結(jié)，進而實現(xiàn)材料致密化的關(guān)鍵制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于陶瓷、金屬、復(fù)合材料等多個領(lǐng)域。為了促使待燒結(jié)粉末顆粒間的有效粘結(jié)和材料的充分致密化，通常需要在較高的環(huán)境溫度下進行，這依賴于表面原子獲得足夠的擴散能量以跨越顆粒間的界面。然而，這種依賴于高溫的燒結(jié)方法對于燒結(jié)溫度較高或原子擴散速度較慢的材料而言，往往導(dǎo)致燒結(jié)時間過長且致密度難以達到理想狀態(tài)，從而限制了材料的性能和應(yīng)用。針對這一問題，超快高溫燒結(jié)技術(shù)應(yīng)運而生，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速局部加熱，其升溫速率可達到103~104?℃/min，能夠迅速達到并超過材料的燒結(jié)溫度，從而顯著加速固相反應(yīng)，實現(xiàn)材料的快速燒結(jié)。然而，超快高溫燒結(jié)技術(shù)主要適用于常壓燒結(jié)環(huán)境，并且對材料種類有一定的限制，尤其不適用于透明陶瓷等對燒結(jié)條件要求極高的材料。

2、另一方面，熱壓燒結(jié)技術(shù)通過在燒結(jié)過程中施加軸向壓力，有效降低了燒結(jié)溫度，通?？山档?0~200?℃。但是，熱壓燒結(jié)技術(shù)也存在其局限性，如設(shè)備復(fù)雜、成本高昂、燒結(jié)溫度難以精確控制等。此外，熱壓燒結(jié)需要在燒結(jié)過程中輸入大量功率，導(dǎo)致高能耗和低效率的問題。

3、因此，仍然亟需開發(fā)一種裝置簡單、易于操作的新型高壓燒結(jié)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)燒結(jié)溫度的精確控制，同時降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開的主要目的在于提供了一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法和冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置，以期至少部分地解決上述提及的技術(shù)問題中的至少之一。

2、為實現(xiàn)上述目的，本公開的技術(shù)方案如下：

3、在本公開的一方面，提供了一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，包括：

4、將待燒結(jié)樣品置于兩個發(fā)熱元件之間，且與發(fā)熱元件接觸，經(jīng)封裝和抽真空后得到密封的燒結(jié)單元；

5、將燒結(jié)單元置于冷等靜壓環(huán)境中，通過對燒結(jié)單元中的發(fā)熱元件施加脈沖電壓，以利用產(chǎn)生的焦耳熱在固定壓強和真空環(huán)境下對待燒結(jié)樣品進行原位燒結(jié)。

6、在本公開的另一方面，提供了一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置，用于執(zhí)行上述的方法，裝置包括：

7、冷等靜壓模塊，位于冷等靜壓模塊內(nèi)部的燒結(jié)單元，以及為燒結(jié)單元提供脈沖電壓的供電模塊；

8、其中，冷等靜壓模塊包括：

9、冷等靜壓腔體，裝載有導(dǎo)熱液體以及位于導(dǎo)熱液體中燒結(jié)單元；

10、壓頭，與冷等靜壓腔體嵌合，用于提供等靜壓的同時通過導(dǎo)線分別與供電模塊和燒結(jié)單元中的發(fā)熱元件電連接；

11、絕緣環(huán)，外套在壓頭上，用于隔絕壓頭與冷等靜壓腔體直接接觸；

12、其中，燒結(jié)單元包括：待燒結(jié)樣品，以及以待燒結(jié)樣品為核心的兩側(cè)依次向外設(shè)置有發(fā)熱元件、隔絕層和密封層。

13、根據(jù)本公開的實施例，提供了一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法。將待燒結(jié)的樣品與發(fā)熱元件接觸并真空封裝，在冷等靜壓環(huán)境中，通過對發(fā)熱元件施加脈沖電壓，利用其產(chǎn)生的焦耳熱直接作用于待燒結(jié)樣品，由于脈沖電壓的瞬時高熱效應(yīng)，燒結(jié)過程能夠在較短的時間內(nèi)完成，同時有效保持了待燒結(jié)材料的致密度和力學(xué)性能，實現(xiàn)原位燒結(jié)。此外，本公開中的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法能夠在較低的能耗下實現(xiàn)了高效的燒結(jié)過程，具有優(yōu)越的經(jīng)濟性和環(huán)保性。

技術(shù)特征：

1.一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，所述冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，所述對所述燒結(jié)單元中的所述發(fā)熱元件施加電壓，包括：間歇式施加脈沖電壓；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，所述燒結(jié)單元還設(shè)置有：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法，其特征在于，所述隔絕層的材料選自導(dǎo)熱系數(shù)低于0.12?w/(m·k)的材料；

8.一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置，用于執(zhí)行權(quán)利要求1~7中任一項所述的方法，其特征在于，所述冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法和冷等靜壓脈沖燒結(jié)裝置。冷等靜壓脈沖燒結(jié)方法包括：將待燒結(jié)樣品置于兩個發(fā)熱元件之間，且與發(fā)熱元件接觸，經(jīng)封裝和抽真空后得到密封的燒結(jié)單元；將燒結(jié)單元置于冷等靜壓環(huán)境中，通過對燒結(jié)單元中的發(fā)熱元件施加脈沖電壓，以利用產(chǎn)生的焦耳熱在固定壓強和真空環(huán)境下對待燒結(jié)樣品進行原位燒結(jié)。

技術(shù)研發(fā)人員：王成威,陳初升,申世紀,李星燦,楊牧天
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8