江濤 陳燕 黃鵬 楊鴿 盧永潔 丁一明

摘要：熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是一種在高溫度高壓力下燒結(jié)的工藝生產(chǎn)技術(shù)。通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)，在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。所以加工產(chǎn)品的致密度高，均勻性好，性能優(yōu)異。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可選擇的材料種類比較廣泛，適用面比較廣泛。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文主要講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的原理和工程應(yīng)用，并詳細講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中的研究和應(yīng)用，并對熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行分析和預(yù)測。

關(guān)鍵詞：熱等靜壓燒結(jié)技術(shù) 材料科學(xué)與工程專業(yè) 實驗教學(xué) 研究應(yīng)用

一、前言

在材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科教學(xué)工作中，學(xué)生在高年級就開始學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。其中在材料科學(xué)與工程專業(yè)課程教學(xué)中，在講述材料的制備工藝方法中講述過熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制備和合成復(fù)合材料。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是制備金屬基復(fù)合材料，金屬陶瓷復(fù)合材料的主要方法。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是一種集高溫度、高壓力于一體的工藝生產(chǎn)技術(shù)，加熱溫度通常非常高，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)，工作壓力可達到非常高的壓力。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。故加工產(chǎn)品的致密度高，均勻性好，性能優(yōu)異。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可以制備金屬材料、復(fù)合材料、梯度功能材料等。熱等靜壓燒結(jié)工藝燒結(jié)時間較長，燒結(jié)溫度高，可以制備完全致密的燒結(jié)塊材。熱等靜壓燒結(jié)工藝具有快速成型的優(yōu)點。采用熱等靜壓燒結(jié)工藝可以制備復(fù)合材料包括金屬基復(fù)合材料等。熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料由于具有可以達到凈近尺寸成形的優(yōu)勢，所以能夠廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域中。在材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科課程教學(xué)中，在材料加工工程和材料合成與制備方法中都講述過熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)。此外還可以將熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制備復(fù)合材料作為一項實驗教學(xué)內(nèi)容安排學(xué)生進行實驗，使學(xué)生認識和了解熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制備復(fù)合材料的工藝過程。所以熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料在材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)實踐中得到廣泛的應(yīng)用。本文主要講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的原理和工程應(yīng)用，并講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中的研究和應(yīng)用，并對熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行分析和預(yù)測。

二、熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的原理和工程應(yīng)用

熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是一種在高溫度和高壓力下燒結(jié)的工藝生產(chǎn)技術(shù)，加熱溫度通常較高，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)工作壓力較高。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。故加工產(chǎn)品的致密度高均勻性好，性能優(yōu)異。同時熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)具有生產(chǎn)周期短工序少、能耗低、材料損耗小等特點。隨著熱等靜壓設(shè)備性能的不斷改進完善，熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)現(xiàn)已在硬質(zhì)合金燒結(jié)，難熔金屬及合金的致密化，產(chǎn)品的缺陷修復(fù)，大型及異形構(gòu)件的近凈成形，復(fù)合材料及特種材料的生產(chǎn)加工等方面得到了廣泛應(yīng)用。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中開始得到實際應(yīng)用。在傳統(tǒng)真空燒結(jié)的基礎(chǔ)上對硬質(zhì)合金進行熱等靜壓處理形成真空燒結(jié)結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)工藝，該工藝將相對密度較低的燒結(jié)制品在熱等靜壓機中處理一定時間使制品的致密度明顯提高孔隙度顯著降低，抗彎強度及使用壽命均顯著改善。但熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備的設(shè)計和控制費用昂貴，維護和操作也比較復(fù)雜，因此在硬質(zhì)合金中應(yīng)用尚不普遍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步開發(fā)了燒結(jié)-熱等靜壓工藝，又被稱為低壓熱等靜壓或過壓燒結(jié)。燒結(jié)-熱等靜壓新工藝比熱等靜壓處理更能有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)已成為生產(chǎn)高質(zhì)量硬質(zhì)合金的主要手段。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在大尺寸硬質(zhì)合金制品的生產(chǎn)中具有明顯優(yōu)勢，熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可選擇材料種類比較廣泛適用面比較廣泛。采用熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在難熔金屬中得到廣泛應(yīng)用，通過熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可以制備合金材料。采用熱等靜壓燒結(jié)工藝降低燒結(jié)溫度和保溫時間可獲得性能優(yōu)異的纖維或晶須增強復(fù)合材料。

三、熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)的實驗教學(xué)中的研究和應(yīng)用

熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)具有燒結(jié)溫度高，燒結(jié)時間較長，燒結(jié)效率高，可以實現(xiàn)快速成型工藝，所以熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)主要用于制備金屬陶瓷，金屬間化合物，金屬間化合物/陶瓷復(fù)合材料，梯度功能材料等。在材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)課程中，其中材料加工工程和材料制備與合成方法講述過熱等靜壓燒結(jié)工藝。熱等靜壓燒結(jié)工藝同粉末冶金技術(shù)和液相燒結(jié)技術(shù)一樣都是材料的制備工藝技術(shù)。熱等靜壓燒結(jié)工藝同樣是熱加工工藝，熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是一種在高溫度和高壓力下燒結(jié)的工藝生產(chǎn)技術(shù)，加熱溫度通常較高，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)，工作壓力可達較高的壓力。在高溫高壓的共同作用下被加工件的各向均衡受壓。故加工產(chǎn)品的致密度高，均勻性好，性能優(yōu)異。同時熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)具有生產(chǎn)周期短，工序少，能耗低，材料損耗小等特點。在材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的課堂教學(xué)中，有些專業(yè)課程中對熱等靜壓燒結(jié)工藝只是作為了解，對于熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料的具體內(nèi)容和制備工藝步驟的研究和應(yīng)用了解很少。所以就需要在材料科學(xué)與工程專業(yè)的實踐教學(xué)課程中增加一些關(guān)于熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料的實驗課程。通過熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料的實踐教學(xué)活動可以使學(xué)生認識和了解熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料的原理，制備工藝過程以及對經(jīng)過熱等靜壓燒結(jié)工藝后得到復(fù)合材料制品的物相組成，顯微結(jié)構(gòu)和性能進行研究，使學(xué)生通過對材料的制備與研究過程可以加深學(xué)生對材料科學(xué)與工程專業(yè)課程學(xué)習(xí)的認識和了解。對于本科學(xué)生的教學(xué)實踐課程可以在本科學(xué)生的本科專業(yè)課程設(shè)計和本科畢業(yè)設(shè)計過程中安排采用熱等靜壓燒結(jié)工藝制備金屬基復(fù)合材料和金屬陶瓷復(fù)合材料的教學(xué)內(nèi)容。例如采用熱等靜壓燒結(jié)工藝可以制備金屬陶瓷復(fù)合材料，先將金屬粉末和陶瓷粉末通過壓力成型工藝制成坯體，然后將預(yù)制成型的坯體放入熱等靜壓機中并通過熱等靜壓燒結(jié)工藝制備金屬陶瓷復(fù)合材料。通過實驗教學(xué)過程使學(xué)生認識和了解到熱等靜壓燒結(jié)工藝制備金屬陶瓷復(fù)合材料的制備工藝過程，提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的認識和了解。使學(xué)生通過實驗教學(xué)認識和了解了熱等靜壓燒結(jié)工藝制備復(fù)合材料的制備工藝原理，使用方法和制備過程，以及對得到燒結(jié)產(chǎn)物的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)進行分析和測試。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)主要應(yīng)用在硬質(zhì)合金中，采用熱等靜壓工藝可以制備力學(xué)性能優(yōu)越的硬質(zhì)合金材料。熱等靜壓燒結(jié)工藝可以制備金屬合金制品。熱等靜壓燒結(jié)工藝可以應(yīng)用在新材料的制備和生產(chǎn)中。

熱等靜壓燒結(jié)工藝優(yōu)勢是加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度高，燒結(jié)時間長，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細小均勻可以得到高致密度的材料。熱等靜壓燒結(jié)工藝可選擇的材料種類比較廣泛，適用面也比較廣泛。熱等靜壓燒結(jié)工藝可以得到完全致密的燒結(jié)制品。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)操作過程比較復(fù)雜，對設(shè)備要求較高，特別是需要熱等靜壓燒結(jié)爐，可以進行現(xiàn)場操作，因此可以作為本科學(xué)生的課程教學(xué)實驗內(nèi)容，可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的輔助教學(xué)實驗，也可以作為本科專業(yè)課程設(shè)計和本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。使學(xué)生通過實踐教學(xué)來加深對材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的認識和掌握。使學(xué)生認識到金屬基復(fù)合材料的制備過程以及金屬陶瓷復(fù)合材料的制備過程等，并使得學(xué)生對熱等靜壓燒結(jié)工藝得到的燒結(jié)制品進行分析和測試，使學(xué)生對材料的分析和檢測水平有較大的提高，對于拓展學(xué)生的知識面有很大的幫助，為本科學(xué)生以后的本科專業(yè)課程設(shè)計和本科畢業(yè)設(shè)計打下堅實的實驗基礎(chǔ)。

四、熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究發(fā)展趨勢

熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在成形燒結(jié)、金屬致密化以及擴散連接等方面做了大量的研究開發(fā)工作，應(yīng)用規(guī)模不斷擴大。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可選擇材料的種類比較廣泛，適用面比較廣泛。熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備在不斷地完善和開發(fā)，現(xiàn)已具備設(shè)計和制作熱等靜壓設(shè)備的能力。熱等靜壓技術(shù)在以下方面進行研究和開發(fā)，熱等靜壓致密化過程的基礎(chǔ)理論研究，凈成形技術(shù)研究等方面。需要開發(fā)熱等靜壓的工程應(yīng)用擴大在硬質(zhì)合金方面的應(yīng)用以及在高溫合金、復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要研究和開發(fā)熱等靜壓設(shè)備的設(shè)計制造水平包括設(shè)備功能等。由于熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域有著廣泛的研究和應(yīng)用，所以應(yīng)該在本科學(xué)生的實驗教學(xué)中安排采用熱等靜壓燒結(jié)工藝制備和合成復(fù)合材料的實驗課程。

五、結(jié)論

熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)是一種在高溫度和高壓力下燒結(jié)的工藝生產(chǎn)技術(shù)，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓，故加工產(chǎn)品的致密度高，均勻性好，性能優(yōu)異。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)可選擇材料的種類比較廣泛，適用面比較廣泛。熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文主要講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的原理和工程應(yīng)用，并詳細講述熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)中的研究和應(yīng)用，并對熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行分析和預(yù)測。

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