[发明专利]一种电流加热结合辐射加热的双加热模式快速烧结方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由粉末材料制备成块体材料的烧结方法，特别是涉及制备密实块体材料(包括陶瓷、陶瓷基复合材料、金属、金属基复合材料、陶瓷/金属复合材料等)的快速烧结方法。

背景技术

陶瓷及陶瓷基复合材料等块体材料最有效的制备方法是通过原料粉的制备、成型、烧结和后续加工来完成的，而烧结过程是整个制备方法中最为关键的步骤，它在很大程度上决定了所制备材料的最终性能。随着原料粉制备技术的发展，人们获得了大量性能优异的超细粉末，希望制备出性能同样优异的块体材料，材料制备整个过程的焦点集中到了材料的烧结过程。

粉末材料的烧结有多种方法，常用的烧结方法有①无压烧结、②气压烧结、③热压烧结、④热等静压烧结、⑤微波烧结、⑥电流(包括脉冲、直流、交流电流)烧结等，各烧结方法特点明显：①、②二种方法由于不能直接对样品施加压力，对大多数新材料而言难以获得密实材料；③、④二种方法可获得密实的块体材料，但烧结时间较长、耗能高、成本高；⑤、⑥二种方法升温快，可在较短时间内制备块体材料，但微波烧结难以在升温的同时施加压力，不易获得完全致密的材料，同时还存在均温区较小，不能制备结构均匀大尺寸样品的弱点，电流烧结方法则可在快速升温的同时施加一定的机械力，容易获得致密的块体材料，因此越来越得到广泛的应用。

电流烧结方法在制备陶瓷、陶瓷复合材料、金属、金属/陶瓷复合材料等方面有广泛的应用，制备出了许多性能优异的块体材料，但越来越多的使用者发现该方法制备块体材料时存在一个致命的弱点：当制备的块体材料直径超过30mm时，样品中不可避免地出现材料内部结构的不均匀现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流加热结合辐射加热的双加热模式快速烧结方法，该方法可以制备出材料内部结构均匀的直径大于30mm的样品(即块体材料)，并且烧结时间短、节能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电流加热结合辐射加热的双加热模式快速烧结方法，其特征在于在电流烧结设备中按电流加热电源功率与辐射加热电源功率比30∶1～5∶1配置辐射加热装置，辐射加热装置的辐射加热发热体安装位置位于模具外侧与电流烧结设备的腔壁之间，辐射加热发热体高度与模具高度以1∶2～3∶2匹配；在烧结直径大于30mm的样品时，采用电流加热和辐射加热双加热模式下快速烧结，模具表面温度与辐射加热发热体温度差值控制在模具表面温度的15％以内，升温过程中升温速率控制在100～800℃/min，保温时间控制在3～15min；在烧结直径小于或等于30mm的样品时，采用电流加热和辐射加热双加热模式下快速烧结，模具表面温度与辐射加热发热体温度差值控制在模具表面温度的15％以内，升温过程中升温速率可控制在800～1000℃/min，保温时间控制在0～3min，以利于烧结细晶密实块体材料；保温结束后切断电流加热和辐射加热的电源，自然冷却。

所述的辐射加热装置有一套独立的电源供给和温度测量系统。当辐射加热装置单独工作时(即电流烧结设备的电源断开)，辐射加热装置工作状态类似于一台热压炉，可完成热压炉全部功能；当电流烧结设备单独工作(即辐射加热装置的电源断开)时，可进行直径小于或等于30mm样品的电流快速烧结，获得密实的块体材料；当电流烧结设备和辐射加热装置同时开启并进入匹配状态时，可进行直径大于30mm样品的电流快速烧结，获得直径大于30mm的结构均匀的密实块体材料。

所述的辐射加热发热体为圆筒形、方筒形或分散安装形等形态，辐射加热发热体材质为石墨。

所述的辐射加热发热体与电流烧结设备的腔壁之间设置1-10层高温隔热层，高温隔热层材质为碳纤维毡。

所述的样品为陶瓷材料、陶瓷基复合材料(包括陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属等复合材料)、金属或金属基复合材料。