粉末材料爆炸烧结技术利用炸药爆轰高速冲击

2015-12-16 02:42 来源：冶金信息网作者：lusz

爆炸烧结也称爆炸粉末压实，是利用炸药爆轰或高速冲击产生的能量，以激波的形式作用于粉末材料，使粉末在瞬态的高温、高压下烧结成密实材料的一种爆炸加工技术。分为轴对称爆炸压实和平面爆炸压实，在进行陶瓷等难熔材料烧结时，也采用预热爆炸压实。预热爆炸压实的目的是为了解决超硬陶瓷粉末在压实与烧结时的脆性裂纹问题，通过加温可以提高陶瓷韧性，同时也改善了颗粒界面的烧结活性。

最早的爆炸烧结也同样是起源于上世纪60年代，开始主要用于钨、钼这类难熔合金的动力压实与烧结研究。至上世纪80年代后期，随着世界高技术研究中对新材料的重视，开始对精细陶瓷材料、金属基复合材料、金属间化合物、非晶与微晶亚稳态材料的大量研究。在这一时期爆炸烧结研究同样开始升温，对各种陶瓷材料进行爆炸烧结研究，寄希望于利用爆炸的高压烧结出近乎100%理论密度的陶瓷材料。随着研究的深入，常温状态的“冷”爆炸烧结不可避免地在材料中造成裂纹与微裂纹，于是出现了爆炸压坯再烧结工艺和预热的爆炸烧结、冲击波化学反应辅助烧结等方法。研究对象广泛之至，如：氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等结构陶瓷，钛酸钡、锆钛酸铅，甚至有钇钡铜超导氧化物等功能陶瓷。几乎在同一时期，随着金属材料学家对非晶态、微晶这些亚稳态合金的研究，开发了一系列的快速淬火、机械合金化(非晶化)等制造低维材料的方法，也急需进行三维宏观尺度材料制备。爆炸烧结因此也被用于各种亚稳态合金研究，如：铁钴镍基非晶态软磁合金、快淬铝锂合金等。同时人们也进行了大量金属与复合材料的爆炸烧结研究，如：镍钛记忆合金、SiC晶须增强铝合金等等，也发展了较完善的宏观爆炸烧结理论。目前，爆炸烧结方法已经广泛用于新材料研究中，在力学上也发展了较完善的细观结合理论。对于金属类材料，人们已经对众多的金属与金属基复合材料粉末进行了成功的爆炸压实研究，如：钨、钼、钛合金、镍基高温合金、高温金属间化合物、金属玻璃、微晶合金，以及SiC晶须增强铝合金、钨铜复合材料、Al2O3颗粒增强铜基合金、钨钛合金等等。对于陶瓷类脆性材料，人们也对氧化物、碳化物和氮化物陶瓷进行了大量的爆炸烧结研究，甚至对金刚石、氮化硼这样的超硬材料也取得了一定的研究成果。

爆炸烧结的缺点是所烧结工件形状单一，不便于机械化生产；但作为独特的粉末加工技术，爆炸粉末烧结具有烧结时间短（10-7~-9s量级）、作用压力大（1～100GPa量级）和对“烧结”后的颗粒界面有快速冷却“淬火”的特征。这些特点使得它与常规的烧结成形技术如超高压压实、热等静压烧结等相比，在材料制备科学中有着其独特的优点。爆炸的超高压可以制备出近乎密实的材料，如对钨、钛等合金粉末的烧结密度可高达95.6%～99.6%T.D.(T.D.为英文理论密度缩写); 可以使Si3N4、SiC等非热熔性陶瓷达95～98.6%T.D.；爆炸烧结的快熔快凝性，可以防止长时间高温加热造成材料晶粒粗化，是烧结微晶、非晶态合金材料最有效的方法之一。

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