熱壓燒結

熱壓燒結的特點：熱壓燒結由於加熱加壓同時進行，粉料處於熱塑性狀態，有助於顆粒的接觸擴散、流動傳質過程的進行，因而成型壓力僅為冷壓的1/10；還能降低燒結温度，縮短燒結時間，從而抵制晶粒長大，得到晶粒細小、緻密度高和機械、電學性能良好的產品。無需添加燒結助劑或成型助劑，可生產超高純度的陶瓷產品。熱壓燒結的缺點是過程及設備複雜，生產控制要求嚴，模具材料要求高，能源消耗大，生產效率較低，生產成本高。 ^[1] 

將熱壓作為製造製品的手段而加以利用的實例有：氧化鋁、鐵氧體、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。

熱壓設備：常用的熱壓機主要由加熱爐、加壓裝置、模具和測温測壓裝置組成。加熱爐以電作熱源，加熱元件有SiC、MoSi或鎳鉻絲、白金絲、鉬絲等。加壓裝置要求速度平緩、保壓恆定、壓力靈活調節，有槓桿式和液壓式。根據材料性質的要求，壓力氣氛可以是空氣也可以是還原氣氛或惰性氣氛。模具要求高強度、耐高温、抗氧化且不與熱壓材料黏結，模具熱膨脹係數應與熱壓材料一致或近似。根據產品燒結特徵可選用熱合金鋼、石墨、碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、金屬陶瓷等。最廣泛使用的是石墨模具。

現以氮化硅為例。在氮化硅粉末中，加入氧化鎂等燒結輔助劑，在1700℃下，施以300公斤/cm2的壓力，則可達到緻密化。在這種情況下，因為氮化硅與石墨模型發生反應，其表面生成碳化硅，所以在石墨模型內塗上一層氮化硼，以防止發生反應，並便於脱模。使用這種脱模劑時，在熱壓情況下須時時注意。另外，模型材料與試料的膨脹係數之差在冷卻時會產生應力，這一點極為重要。Si3N4-Y2O3-Al2O3系物質，在熱壓下也可獲得高強度燒結體。

熱壓燒結法是高温壓結成型的金剛石鑽頭製造方法。具體過程是把骨架金屬和粘結金屬都製成粉末，按一定的比例在球磨機中充分混合，在胎體料的工作層中混入一定濃度的金剛石，分層裝入石聚模中；把鑽頭鋼體置於胎體料卜部，然後加温約1000℃,至一定時間後進行加壓(10～15兆帕)而成型為金剛石鑽頭。加温方式有電阻爐、中頻感應電爐等方法；加壓主要用壓機或千斤頂。熱壓燒結法制造金剛石鑽頭的主要優點是因鑽頭在石墨模具內成型，因此成型好，規格尺寸能滿足設計要求；燒結温度較低，燒結時間短，對金剛石本身質量損害較小；不需專門保護氣體，設備簡單；生產週期短。缺點是成批生產的連續性差，鑽頭質量不易保持穩定。 ^[2] 

反應熱壓燒結是指在燒結傳質過程中,除利用表面自由能下降和機械作用力推動外，再加上一種化學反應能作為推動力或教活能，以降低燒結温度,亦即降低了燒結難度以獲得緻密陶瓷。從化學反應的角度看，可分為相變熱壓燒結、分解熱壓燒結以及分解合成熱壓燒結三種類型。從能量及結構轉變的過程看，在多晶轉變或煅燒分解過程中，通常都有明顯的熱效應,質點都處於一種高能、介穩和接收調整的超可塑狀態。促使質點產生躍遷所需的激活能，與其他狀態相比要低得多，利用這一特點，當燒結進行到這一時期,施加足夠的機械應力，以誘導、觸發、促進其轉變，質點便可能順利地從一種高能介穩狀態，轉變到另一種低能穩定狀態，可降低工藝難度、完成陶瓷的緻密燒結。其特點是熱能、機械能、化學能三者缺一不可，緊密配合促使轉變完成。