什么是热压烧结？

什么是热压烧结？


作为陶瓷烧结手段，利用来自于表面能的表面应力而达到致密化的常压烧结法虽是一般常用的方法，但是，不依赖于表面应力，而在高温下借助于外压的方法，也是可以采用的。这就是称为热压法的烧结方法。广义来说，在加压下进行烧结的方法包括所有这类方法，超高压烧结和热等静压（HIP）烧结也属于这类方法。不过，一般都作为在高温下施加单轴压力进行烧结的方法来理解。其基本结构示于图1。首先，制备粉体试料，置于模型中，在规定温度下加热、加压，获得烧结体。由于下述原因而采用这种方法：（1）烧结温度降低；（2）烧结速度提高；（3）使难烧结物质达到致密化。

因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，可获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。图2所示，是热压对陶瓷致密化影响效果之一例。在其他情况下，也可获得同样效果。在热压中，最重要的是模型材料的选定。一般，虽选用表1所列的模型材料，但因存在无法得到物美价廉的模型材料和难以实现自动化生产等问题，所以，其使用受到局限。使用最广泛的模型材料是石墨，但因目的不同，也有使用氧化铝和碳化硅的。最近，还开发了纤维增强的石墨模型，这种模型壁薄，可经受300~500kg/cm2的压力。



现以氮化硅为例介绍热压法。在氮化硅粉末中，加入氧化镁等烧结辅助剂，在1700℃下，施以300公斤/厘米2的压力，则可达到致密化。在这种情况下，因为氮化硅与石墨模型发生反应，其表面生成碳化硅，所以在石墨模型内涂上一层氮化硼，以防止发生反应，并便于脱模。使用这种脱模剂时，在热压情况下须时时注意。另外，模型材料与试料的膨胀系数之差在冷却时会产生应力，这一点极为重要。可以确认，Si3N4-Y2O3-Al2O3系物质，在热压下也可获得高强度烧结体。

将热压作为制造制品的手段而加以利用的实例有：氧化铝、铁氧体、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。因为氮化硼属于软质陶瓷，故其易于加工，而且加工成本较其他材料低廉。在具有新功能的材料中，采用热压法虽然允许成本高一些，但一般工业制品仍期待其成本下降。