[科普中国]-热压烧结

热压烧结是指将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。

特点热压烧结的特点：热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。1

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。

设备热压设备：常用的热压机主要由加热炉、加压装置、模具和测温测压装置组成。加热炉以电作热源，加热元件有SiC、MoSi或镍铬丝、白金丝、钼丝等。加压装置要求速度平缓、保压恒定、压力灵活调节，有杠杆式和液压式。根据材料性质的要求，压力气氛可以是空气也可以是还原气氛或惰性气氛。模具要求高强度、耐高温、抗氧化且不与热压材料黏结，模具热膨胀系数应与热压材料一致或近似。根据产品烧结特征可选用热合金钢、石墨、碳化硅、氧化铝、氧化锆、金属陶瓷等。最广泛使用的是石墨模具。

实例现以氮化硅为例。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/cm2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。Si3N4-Y2O3-Al2O3系物质，在热压下也可获得高强度烧结体。

热压烧结法热压烧结法是高温压结成型的金刚石钻头制造方法。具体过程是把骨架金属和粘结金属都制成粉末，按一定的比例在球磨机中充分混合，在胎体料的工作层中混入一定浓度的会刚石，分层装入石聚模中；把钻头钢体置于胎体料卜部，然后加温约1000℃,至一定时间后进行加压(10～15兆帕)而成型为金刚石钻头。加温方式有电阻炉、中频感应电炉等方法；加压主要用压机或千斤顶。热压烧结法制造金刚石钻头的主要优点是因钻头在石墨模具内成型，因此成型好，规格尺寸能满足设计要求；烧结温度较低，烧结时间短，对金刚石本身质量损害较小；不需专门保护气体，设备简单；生产周期短。缺点是成批生产的连续性差，钻头质量不易保持稳定。2

反应热压烧结反应热压烧结是指在烧结传质过程中,除利用表面自由能下降和机械作用力推动外，再加上一种化学反应能作为推动力或教活能，以降低烧结温度,亦即降低了烧结难度以获得致密陶瓷。从化学反应的角度看，可分为相变热压烧结、分解热压烧结以及分解合成热压烧结三种类型。从能量及结构转变的过程看,在多晶转变或煅烧分解过程中,通常都有明显的热效应,质点都处于一种高能、介稳和接收调整的超可塑状态。

促使质点产生跃迁所需的激活能，与其他状态相比要低得多,利用这一特点,当烧结进行到这一时期,施加足够的机械应力,以诱导、触发、促进其转变,质点便可能顺利地从一种高能介稳状态,转变到另一种低能稳定状态，可降低工艺难度、完成陶瓷的致密烧结。其特点是热能、机械能、化学能三者缺一不可,紧密配合促使转变完成。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学