對于金屬、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)被大量應用于新材料的制備,。熱等靜壓燒結(jié)及氣壓燒結(jié)設備由于自身結(jié)構(gòu)特殊,，生產(chǎn)成本較為昂貴，對于很多生產(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)實意義?，F(xiàn)在的研究及生產(chǎn)實踐證明，熱壓材料致密化的過程包括塑性流動,、粘性流動和擴散與蠕變,，當以塑性和粘性流動成為主導致密機制時，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)勢在于設備投資小，雖然壓力較等靜壓低一個數(shù)量級,，但由于熱壓機內(nèi)承壓材料可以變細,，從而限制了縱向熱流，改善了工件溫度場的均勻性,、大大降低了能耗,，可以制備大直徑的材料、能夠以IT技術(shù)測控熱壓機,，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*致密且晶粒細致的制品可在降低的溫度及較短的時間內(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，從而進一步的促進熱壓材料的致密化過程,。*,，燒結(jié)溫度的降低，對于微粉制品,，能夠有效的防止晶粒的長大，對于最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定有著極其重要意義,。尤其是對于接近納米級硬質(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)，納米級粉末制品的燒結(jié)驅(qū)動力是普通制品的幾十甚至上百倍,。抑制燒結(jié)過程中晶粒的長大是獲得納米晶粒制品重要關鍵的過程,，而真空熱壓燒結(jié)工藝能夠很好的實現(xiàn)這一點,，這一點在結(jié)構(gòu)陶瓷及ITO靶材的實際生產(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：通過氣氛保護或起化學反應來熱壓燒結(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起化學反應，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,，保溫材料常采用復合碳氈、莫來石氈,，石墨氈等,。

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,，整個爐體除發(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,，對結(jié)構(gòu)設計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：

（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。因為熱壓裝置產(chǎn)生的力要由爐體承受,，爐體必需具有很高的強度和足夠的剛度,，在外力和高溫下不會產(chǎn)生變形。爐底動態(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動。動態(tài)密封裝置有良好的冷卻系統(tǒng),，以延長密封件的使用壽命,。

（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，必需具有足夠的強度和剛度,。上壓頭的下端工作時處于高溫區(qū),，必需強制冷卻。

（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)動爐蓋上下運動，二是驅(qū)動熱壓油缸運動,。熱壓油缸的控制有兩種方式,，手動或自動,。自動運行時，可根據(jù)設定的壓力自動保壓,，使制品始終處于恒壓狀態(tài),。油缸運動的速度調(diào)節(jié)范圍為50~300mm/min。熱壓油缸在有載工作時必需具有較高的穩(wěn)定性,，不能抖動,。制備高質(zhì)量的產(chǎn)品，熱壓油缸的運動質(zhì)量是重要的條件之一,。

三,、真空熱壓燒結(jié)爐的應用

1、先進陶瓷熱壓燒結(jié)（B4C燒結(jié)）

純碳化硼的致密化燒結(jié)是極其困難的,，這是因為其共價鍵達到93.94％,，遠高于諸如碳化硅（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),，只能達到80％-87％的相對密度,。其機理是在溫度接近碳化硼熔點時的體積擴散。在如此高溫的條件下燒結(jié),，晶粒會快速粗化,、長大，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鍵結(jié)合的穩(wěn)定化合物，加上它的擴散系數(shù)低,，很難用常規(guī)的燒結(jié)方法使其達到致密化,，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合材料工程器件應用較廣泛的快速燒結(jié)方法,。采用添加劑的熱壓燒結(jié)能夠強烈促進致密化速率，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)在碳化硅及其復合材料燒結(jié)中占重要地位,。

   實驗表明,，在2150℃下熱壓燒結(jié)10min，碳化硼陶瓷的相對密度達到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,，而導熱系數(shù)降低,。

2、靶材熱壓燒結(jié)

   通常,，熔融鑄造法無法實現(xiàn)難熔金屬濺射靶材的制備,，對于熔點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,，對于無機非金屬靶材、復合靶材,，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,，粉末冶金工藝還具有容易獲得均勻細晶結(jié)構(gòu),、節(jié)約原材料、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,，目前已成為磁控濺射靶材的主要制備方法和研究熱點,。

   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，再高溫燒結(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，應用相當廣泛,。

3,、金屬/陶瓷擴散焊連接

   由于陶瓷材料與金屬材料化學鍵結(jié)構(gòu)根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化學性能,，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)在如下兩個問題，其一：陶瓷材料主要由離子鍵和共價鍵組成,，金屬材料則主要是由金屬鍵構(gòu)成,，二者幾乎不浸潤,，因此需要考慮陶瓷與金屬材料的潤濕性問題，其二：兩者的線膨脹系數(shù)一般相差較大,，當采用熱封或者機械連接時，陶瓷與金屬的接頭處會有較大的應力殘留,，削弱接頭的力學性能甚至使接頭受到破壞開裂,，因此需考慮結(jié)頭處的熱應力緩解問題。

固相擴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，原子間實現(xiàn)相互擴散,，形成良好的接頭,。

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

四,、熱壓燒結(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢

    熱壓燒結(jié)一直很受矚目,，但它在工業(yè)領域的進展卻并不顯著，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，但這些原因也同時促進了等靜壓燒結(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,。目前隨著社會進步科學技術(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化方向發(fā)展。

五、我司先進陶瓷及復合材料熱工裝備

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