陶瓷材料閃燒試驗裝置
陶瓷材料具有耐高溫、耐酸耐堿、強度高等優點,被廣泛應用。然而,陶瓷材料的制備通常需要很高的燒結溫度,消耗大量能源,生產成本較高。為了降低陶瓷的生產成本和獲得優異的陶瓷性能,人們采取了一系列措施。一方面添加燒結助劑,通過提高擴散速率或者形成低溫液相的方式提高燒結速率;另一方面不斷開發陶瓷燒結新技術,例如熱等靜壓燒結、微波燒結、放電等離子燒結等,這些燒結技術不僅降低了能耗,而且使材料的性能得到顯著提高。
閃燒是在2010年由科羅拉多大學Rishi Raj教授提出的一種新的燒結理念,指的是生坯在一定溫度和臨界電場下實現生坯的低溫極速致密化,這個過程一般是幾秒鐘,這也是閃燒與場輔助燒結的主要區別。相比于其他燒結方法而言,閃燒具有燒結時間短、溫度低的優勢。
陶瓷材料閃燒試驗裝置的閃燒有兩個特征現象:快速致密化和電導急速增加。與其它陶瓷燒結方法相比,閃燒具有燒結溫度極低、時間超短的優勢,大大的降低了能耗,為陶瓷的發展開啟了嶄新的一頁
閃燒的影響因素主要有以下幾個
1.電場強度(applied field, E, V/cm),表示單位長度施加的電壓大小,主要影響閃燒的孕育時間(incubationtime)和起始溫度(onset temperature),隨著電場強度的增大,孕育時間縮短,起始溫度降低;
(a)電場強度對試樣孕育時間及致密化的影響(b)電流密度對試樣致密化的影響
2.電流密度(current density,J, mA/mm2),表示單位橫截面積上的電流大小,主要影響試樣的致密度和晶粒尺寸,隨著電流密度的增加,試樣的致密度增加,晶粒尺寸變大;
電流密度和保溫時間對晶粒尺寸的影響
3.保溫時間(holdingtime, t, s)-影響試樣的致密度和晶粒尺寸,隨著保溫時間的延長,試樣的致密度增加,晶粒尺寸變大;
不同電流密度下保溫時間對試樣致密度的影響
4.爐溫(furnace temperature, T, K/oC)-影響閃燒的孕育時間,隨著爐溫的升高,孕育時間縮短。
不同爐溫下孕育時間隨電場強度的變化