[發明專利]一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法

無效

• 申請號: 201110340795.7
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102363844A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 易健宏;周承商;李麗婭;王嘉;婁靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域：

本發明涉及一種制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法。特別是指一種采用微波燒結技術制備梯度孔隙金屬或合金材料的方法。屬于微波應用及孔隙梯度合金制備技術領域。?

背景技術

現有的功能梯度材料的制備技術主要有等離子噴涂、電泳沉積、氣相沉積、自蔓延合成、激光燒結等方法。這些方法存在工藝復雜、設備要求高、成本高等缺點。?

微波燒結技術的原理在于將微波能在材料內部直接轉化為熱能而引起粉末固結和合金化，是一種體積加熱行為，具有加熱速度快、燒結周期短、能量消耗低以及環境友好等優點。一般認為微波燒結的材料獲得的材料組織較常規燒結方法更加均勻。?

1999年美國賓夕法尼亞州立大學的Roy等報道微波燒結鐵基粉末冶金零件實驗，證明金屬粉末能被有效地微波燒結。?

目前的研究認為，由于微波加熱的體積效應，能夠使材料組織細小均勻、性能提升。另一方面，微波燒結具有另一特征為選擇性加熱，即：吸收微波能力不同的物質在給定的微波場中加熱時將獲得不同的加熱效果，這種因物質而異的微波加熱行為被稱為選擇性加熱。?

對于金屬粉末來說，由經典麥克斯韋方程能得出：金屬粉末吸收微波的能力?隨著溫度升高而增強。也就是說，金屬粉末在特定的條件下能夠被微波選擇性加熱。?

但是，利用微波加熱直接燒結制備孔隙梯度合金材料，至今未見報道。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝方法簡單、操作方便、可以在普通的工業微波高溫爐中直接燒結制備梯度孔隙合金材料的微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法。通過特殊設計的微波燒結保溫結構和微波燒結工藝，在燒結過程中形成可控的溫度梯度，利用溫度梯度導致合金材料燒結時收縮、孔隙的差異，形成梯度結構合金。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法，包括下述步驟：?

第一步：制坯?

根據設計的孔隙梯度合金組分配比，稱取各組分，按常規粉末冶金制坯工藝混料、壓制成型，得到壓坯；?

第二步：壓坯包裹?

將第一步得到的壓坯置于由保溫材料制成的保溫腔中，所述保溫腔的壁厚一端薄，一端厚；?

第三步：燒結?

將第二步包裹好的壓坯置于工業微波高溫爐中，調節微波輸出功率，控制壓坯以5-10℃/min的速度升溫至燒結溫度Ts的0.7倍；然后，以20-50℃/min升溫至燒結溫度，關閉微波源，隨爐冷卻。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法中，所述保溫腔薄的一端設有散熱通孔。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法中，所述保溫腔厚的一端放置有輔助加熱材料，所述輔助加熱材料的熔點比燒結溫度高200℃。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法中，所述輔助加熱材料為SiC。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法中，所述保溫材料為氧化鋁保溫材料或氧化鋁-莫來石保溫材料。?

本發明一種微波燒結制備孔隙梯度金屬或合金材料的方法中，所述合金選自W、Fe、Cu、Ti、Al、Mo合金中的一種。?

本發明的機理簡述于下：研究認為，由于微波加熱的體積效應，能夠使材料組織細小均勻、性能提升。另一方面，微波燒結具有選擇性加熱的特征，即：吸收微波能力不同的物質在給定的微波場中加熱時將獲得不同的加熱效果，這種因物質而異的微波加熱行為被稱為選擇性加熱。?

對于金屬粉末來說，由經典麥克斯韋方程能得出：金屬粉末吸收微波的能力隨著溫度升高而增強。因此，通過對微波燒結保溫結構和微波燒結工藝的特殊設計，使制品部分區域溫度較高，由于高溫下金屬粉末能更有效地被微波加熱，那么該區域在整個燒結階段就能始終保持較高溫度，進而在整個燒結階段在制品內保持顯著的溫度梯度。這樣，在同一制品內梯度溫度的燒結導致收縮、孔隙的差異，能夠形成梯度結構的合金(包括孔隙數量、孔隙大小、晶粒大小、合金成分的分布梯度)，因此，微波燒結制備梯度孔隙合金是可行的。?