對(duì)于金屬、陶瓷以及一些難熔金屬中間化合物粉末的燒結(jié),，一般采用兩種燒結(jié)方式即無壓燒結(jié)和有壓燒結(jié),。而目前常用的有壓燒結(jié)主要常采用以下三種方式，熱等靜壓燒結(jié),、熱壓燒結(jié)及氣壓燒結(jié),。隨著大量新材料的不斷被研發(fā)出來及工業(yè)化量產(chǎn)的需求,，上述三種有壓燒結(jié)被大量應(yīng)用于新材料的制備,。熱等靜壓燒結(jié)及氣壓燒結(jié)設(shè)備由于自身結(jié)構(gòu)特殊，生產(chǎn)成本較為昂貴,，對(duì)于很多生產(chǎn)型廠家來說,，并不是合理的選擇，因而研發(fā)成本較低的真空熱壓燒結(jié)爐有著其現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)在的研究及生產(chǎn)實(shí)踐證明,，熱壓材料致密化的過程包括塑性流動(dòng)、粘性流動(dòng)和擴(kuò)散與蠕變,，當(dāng)以塑性和粘性流動(dòng)成為主導(dǎo)致密機(jī)制時(shí),，粉末體得到快速致密化，并得到可控的顯微結(jié)構(gòu),。熱壓法的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備投資小,，雖然壓力較等靜壓低一個(gè)數(shù)量級(jí)，但由于熱壓機(jī)內(nèi)承壓材料可以變細(xì),，從而限制了縱向熱流,，改善了工件溫度場(chǎng)的均勻性、大大降低了能耗,，可以制備大直徑的材料,、能夠以IT技術(shù)測(cè)控?zé)釅簷C(jī)，有效的控制材料的致密化過程及質(zhì)量,。

    熱壓燒結(jié)是利用熱能與機(jī)械能將制品致密化的過程,。此過程的特色是燒結(jié)溫度可依外加壓力的大小而比常壓燒結(jié)低約200~400℃，同時(shí)外加的能量使得制品致密化的速度加快,，因此*致密且晶粒細(xì)致的制品可在降低的溫度及較短的時(shí)間內(nèi)完成,；而采用真空熱壓燒結(jié)，由于熱壓過程中保持有較高的真空度,，能夠進(jìn)一步有效地降低制品的燒結(jié)溫度并高效排除微小氣孔中的氣體,，從而進(jìn)一步的促進(jìn)熱壓材料的致密化過程。*,，燒結(jié)溫度的降低,，對(duì)于微粉制品,，能夠有效的防止晶粒的長(zhǎng)大，對(duì)于最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定有著極其重要意義,。尤其是對(duì)于接近納米級(jí)硬質(zhì)合金等材料,，由于顆粒直徑的減小，比表面積增大,、表面活化能增加,、顆粒間的接觸面積增加，造成最終燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力增大,，降低了氣孔的產(chǎn)生及氣孔的數(shù)量?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，納米級(jí)粉末制品的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力是普通制品的幾十甚至上百倍,。抑制燒結(jié)過程中晶粒的長(zhǎng)大是獲得納米晶粒制品重要關(guān)鍵的過程,，而真空熱壓燒結(jié)工藝能夠很好的實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這一點(diǎn)在結(jié)構(gòu)陶瓷及ITO靶材的實(shí)際生產(chǎn)中已得到了證明,。

一,、真空熱壓燒結(jié)爐的分類

真空熱壓燒結(jié)爐根據(jù)使用環(huán)境可分類如下：

大氣熱壓燒結(jié)爐：主要有氧熱壓燒結(jié)，在大氣環(huán)境下熱壓燒結(jié),；

氣氛熱壓燒結(jié)爐：通過氣氛保護(hù)或起化學(xué)反應(yīng)來熱壓燒結(jié),；

真空熱壓燒結(jié)爐：通過一定的高真空環(huán)境來熱壓燒結(jié)，所燒結(jié)的材料厭氧或與氧氣會(huì)起化學(xué)反應(yīng),，必須通過真空環(huán)境下來熱壓燒結(jié),。

真空熱壓燒結(jié)爐根據(jù)溫度可分類如下：

1、常溫~800℃：溫度在800℃以下的爐子,，加熱器常采用鐵鉻鋁,、鎳鉻絲等作為加熱元件，保溫材料常采用高溫硅酸鋁保溫氈,。

2,、常溫~1600℃：溫度在1000℃~1600℃常采用金屬鉬、硅鉬棒,、硅碳棒,，石墨棒等作為加熱元件，保溫材料常采用復(fù)合碳?xì)?、莫來石氈,，石墨氈等?/font>

3、常溫~2400℃：溫度在1600℃~2400℃常采用石墨管,，金屬鎢等作為加熱元件或采用感應(yīng)加熱方式,，保溫材料常用石墨氈等。

二,、真空熱壓燒結(jié)爐的組成（電阻式加熱）

真空熱壓爐主要由爐體,、爐門,、加熱與保溫及測(cè)溫系統(tǒng)、加壓系統(tǒng),、真空氣氛系統(tǒng),、水冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng),、安全保護(hù)系統(tǒng)等組成,。

熱壓燒結(jié)爐具有工作溫度高、真空度高,、結(jié)合壓力大,、冷卻條件好等優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)爐體除發(fā)熱體和保溫部分外,，其余各部位均可快速冷卻,，安全性能耗,。要滿足以上特點(diǎn),，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造精度都有較高的要求，下面我們來了解下它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）爐體全部采用不銹鋼制造,，為雙層結(jié)構(gòu),，分內(nèi)外桶體，爐底封頭采用旋壓工藝加工,。因?yàn)闊釅貉b置產(chǎn)生的力要由爐體承受,，爐體必需具有很高的強(qiáng)度和足夠的剛度，在外力和高溫下不會(huì)產(chǎn)生變形,。爐底動(dòng)態(tài)密封裝置固定在爐體的中心線上,，與法蘭盤必需垂直，保證下頂桿沿直線運(yùn)動(dòng),。動(dòng)態(tài)密封裝置有良好的冷卻系統(tǒng),，以延長(zhǎng)密封件的使用壽命。

（2）爐門由爐封頭及法蘭,、舉起油缸和上壓頭組成,。爐門為雙層結(jié)構(gòu)，為承受下頂桿傳遞的壓力,，必需具有足夠的強(qiáng)度和剛度,。上壓頭的下端工作時(shí)處于高溫區(qū)，必需強(qiáng)制冷卻,。

（3）保溫系統(tǒng)由隔熱層,、反射層、保溫層等組成,，分別用石墨,、鉬片,、石墨氈和不銹鋼制作。用鉬片制作的反射層主要抵御由發(fā)熱元件產(chǎn)生的輻射熱,，以免損害保溫層和爐體,。

   （4）壓力系統(tǒng)由液壓站、油缸,、舉起油缸,、下頂桿及控制器組成。液壓站有兩路壓力輸出,，一是驅(qū)動(dòng)爐蓋上下運(yùn)動(dòng),，二是驅(qū)動(dòng)熱壓油缸運(yùn)動(dòng)。熱壓油缸的控制有兩種方式,，手動(dòng)或自動(dòng),。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)設(shè)定的壓力自動(dòng)保壓,，使制品始終處于恒壓狀態(tài),。油缸運(yùn)動(dòng)的速度調(diào)節(jié)范圍為50~300mm/min。熱壓油缸在有載工作時(shí)必需具有較高的穩(wěn)定性,，不能抖動(dòng),。制備高質(zhì)量的產(chǎn)品，熱壓油缸的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是重要的條件之一,。

三,、真空熱壓燒結(jié)爐的應(yīng)用

1、先進(jìn)陶瓷熱壓燒結(jié)（B4C燒結(jié)）

純碳化硼的致密化燒結(jié)是極其困難的,，這是因?yàn)槠涔矁r(jià)鍵達(dá)到93.94％,，遠(yuǎn)高于諸如碳化硅（88％）和氮化硅（70％）等。從而使得碳化硼內(nèi)氣孔的消除,、晶界和體積擴(kuò)散需要在2200℃以上充分發(fā)生,。

碳化硼的晶格及結(jié)構(gòu)片段

一般而言，普通碳化硼粉末在2250-2300℃常壓燒結(jié),，只能達(dá)到80％-87％的相對(duì)密度,。其機(jī)理是在溫度接近碳化硼熔點(diǎn)時(shí)的體積擴(kuò)散。在如此高溫的條件下燒結(jié),，晶粒會(huì)快速粗化,、長(zhǎng)大，不利于氣孔的排除,，并將產(chǎn)生大量的殘余氣孔使材料的致密性受到影響,。

   碳化硼是一種典型的通過共價(jià)鍵結(jié)合的穩(wěn)定化合物，加上它的擴(kuò)散系數(shù)低，很難用常規(guī)的燒結(jié)方法使其達(dá)到致密化,，必須通過添加一些燒結(jié)助劑以降低表面能或增加表面積,，以及采用特殊工藝處理來獲得致密的碳化硅陶瓷。

   熱壓燒結(jié)是目前制造碳化硼及其復(fù)合材料工程器件應(yīng)用較廣泛的快速燒結(jié)方法,。采用添加劑的熱壓燒結(jié)能夠強(qiáng)烈促進(jìn)致密化速率,，并可以獲得接近理化密度的材料，明顯提高產(chǎn)品性能,。目前采用的助劑與常壓燒結(jié)采用的助劑相似,。液相燒結(jié)在碳化硅及其復(fù)合材料燒結(jié)中占重要地位。

   實(shí)驗(yàn)表明,，在2150℃下熱壓燒結(jié)10min,，碳化硼陶瓷的相對(duì)密度達(dá)到91.6％，室溫楊氏模量292.5GPa,，室溫泊松比0.16,，在0~1000℃內(nèi)，溫度與線膨脹系數(shù)成正比,，而導(dǎo)熱系數(shù)降低,。

2、靶材熱壓燒結(jié)

   通常,，熔融鑄造法無法實(shí)現(xiàn)難熔金屬濺射靶材的制備,，對(duì)于熔點(diǎn)和密度相差較大的兩種或兩種以上的金屬，采用普通的熔融鑄造法,，一般也難以獲得成分均勻的合金靶材，對(duì)于無機(jī)非金屬靶材,、復(fù)合靶材,，熔融鑄造法更是無能為力，而粉末冶金法是解決制備上述靶材技術(shù)難題的理想途徑,。同時(shí),，粉末冶金工藝還具有容易獲得均勻細(xì)晶結(jié)構(gòu)、節(jié)約原材料,、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),，目前已成為磁控濺射靶材的主要制備方法和研究熱點(diǎn)。

   粉末冶金法,；將一定成分配比的合金原料熔煉,，澆注成鑄錠后再粉碎，將粉碎形成的粉末經(jīng)等靜壓成形,，再高溫?zé)Y(jié),，最終形成靶材。常用的粉末冶金工藝包括冷壓、真空熱壓和熱等靜壓等,，而真空熱壓燒結(jié)可以制備大尺寸,、高致密度的平面靶材，應(yīng)用相當(dāng)廣泛,。

3,、金屬/陶瓷擴(kuò)散焊連接

   由于陶瓷材料與金屬材料化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化學(xué)性能,，因此無論是與金屬連接還是陶瓷自身的連接都存在不少的難題,。其主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)問題，其一：陶瓷材料主要由離子鍵和共價(jià)鍵組成,，金屬材料則主要是由金屬鍵構(gòu)成,，二者幾乎不浸潤(rùn)，因此需要考慮陶瓷與金屬材料的潤(rùn)濕性問題,，其二：兩者的線膨脹系數(shù)一般相差較大,，當(dāng)采用熱封或者機(jī)械連接時(shí)，陶瓷與金屬的接頭處會(huì)有較大的應(yīng)力殘留,，削弱接頭的力學(xué)性能甚至使接頭受到破壞開裂,，因此需考慮結(jié)頭處的熱應(yīng)力緩解問題。

固相擴(kuò)散連接是目前研究較多的耐高溫陶瓷/金屬連接方式,，其工作原理是：兩個(gè)同種或異種材質(zhì)在高溫及一定壓力下緊密接觸,，表面發(fā)生塑性變形，原子間實(shí)現(xiàn)相互擴(kuò)散,，形成良好的接頭,。

   該工藝的優(yōu)點(diǎn)是接頭處質(zhì)量穩(wěn)定，連接強(qiáng)度高,，可焊接較大截面的接頭,，一次可焊多個(gè)接頭，效率較高,，可增加中間層,，對(duì)陶瓷材料無需表面金屬化。但該法工藝過程復(fù)雜,，可滿足高溫和耐蝕條件下的應(yīng)用要求,。對(duì)連接表面狀態(tài)和連接設(shè)備要求高。

四,、熱壓燒結(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    熱壓燒結(jié)一直很受矚目,，但它在工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)展卻并不顯著，只有少數(shù)特殊制品得以成功,，如用于核工業(yè)的致密化碳化硼,，用于軍工的氟化鎂窗,，以及特制的碳化鎢、切割工具和特種靶材等,。限制熱壓燒結(jié)應(yīng)用的主要原因是耗資高,，燒制一件樣品通常需要固定占用一套有壓力、升溫系統(tǒng)的裝置,，且樣品的幾何形狀又局限在圓柱狀上,，但這些原因也同時(shí)促進(jìn)了等靜壓燒結(jié)，只是目前仍有許多技術(shù)問題亟待解決,，尤其是等靜壓模具,，且初期投資大。目前隨著社會(huì)進(jìn)步科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，熱壓燒結(jié)逐漸趨向于數(shù)字模型人工智能自動(dòng)化方向發(fā)展,。

五、我司先進(jìn)陶瓷及復(fù)合材料熱工裝備

    皓越科技是一家集研發(fā),、生產(chǎn),、銷售電爐為一體的先進(jìn)型技術(shù)企業(yè)。公司一直專注于半導(dǎo)體材料,、碳材料,、先進(jìn)陶瓷與復(fù)合材料和鋰電材料四大行業(yè)，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù),，竭誠(chéng)服務(wù)于客戶,，提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。