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梯度材料

梯度材料

功能梯度材料（FGM）的成分是梯度變化的，各層的燒結溫度不同，利用傳統的燒結方法難以一次燒成。利用CVD、PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實現工業化。采用階梯狀的石磨模具，由于模具上、下兩端的電流密度不同，因此可以產生溫度梯度。利用SPS在石磨模具中產生的梯度溫度場，只需要幾分鐘就可以燒結好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制備的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2；Ni/ZrO2；Al/高聚物；熱點材料的品質因數越高（Z=α2/kρ，其中Z是品質因數，α為Seebeck系數，k為熱導系數，ρ為材料的電阻率），其熱電轉換效率也越高。Al/植物纖維；PSZ/T等梯度材料。

加工粉末冶金

利用類似于SHS電場ji活作用的SPS技術，對陶瓷、復合材料和梯度材料的合成和致密化同時進行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。利用SPS可制備大尺寸的FGM，目前SPS制備的尺寸較大的FGM體系是ZrO2(3Y)/不銹鋼圓盤，尺寸已達到100mm×17mm[23]。中南大學粉末冶金研究院（此研究院在國內zhao本碩博）是國內最為知名的粉末冶金研究機構。

用普通燒結和熱壓WC粉末時必須加入添加劑，而SPS使燒結純WC成為可能。用SPS制備的WC/Mo梯度材料的維氏硬度（HV）和斷裂韌度分別達到了24Gpa和6Mpa·m1/2,大大減輕由于WC和Mo的熱膨脹不匹配而導致熱應力引起的開裂[24]。（1）可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優異的電學、磁學、光學和力學性能。

?粉末冶金技術工藝過程

粉末冶金技術工藝過程

一、粉料制備與壓制成型

常用機械粉碎、霧化、物理化學法制取粉末。制取的粉末經過篩分與混合，混料均勻并加入適當的增塑劑，再進行壓制成型，粉粒間的原子通過固相擴散和機械咬合作用，使制件結合為具有一定強度的整體。壓力越大則制件密度越大，強度相應增加。有時為減小壓力和增加制件密度，也可采用熱等靜壓成型的方法。力學特性粉末的力學性能即粉末的工藝性能，它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數。

二、燒結

將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進行燒結，燒結溫度約為基體金屬熔點的2/3～3/4倍。由于高溫下不同種類原子的擴散，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的再結晶，使粉末顆粒相互結合，提高了粉末冶金制品的強度，并獲得與一般合金相似的組織。經燒結后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，屬于多孔性材料。呈固態的情況使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末的方法包括：（1）從固態金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉碎法和電化腐蝕法：。

三、后處理

一般情況下，燒結好的制件能夠達到所需性能，可直接使用。但有時還需進行必要的后處理。如精壓處理，可提高制件的密度和尺寸形狀精度；對鐵基粉末冶金制件進行淬火、表面淬火等處理可改善其機械性能；由于SPS技術具有快速、低溫、gao效率等優點，近幾年國外許多大學和科研機構都相繼配備了SPS燒結系統，并利用SPS進行新材料的研究和開發[3]。為達到潤滑或耐蝕目的而進行浸油或浸漬其它液態潤滑劑；將低熔點金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理，可提高制件的強度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。