陶瓷材料脈衝電流燒結技術（簡體書）

《陶瓷材料脈沖電流燒結技術》所提供的研究結果及實驗數據可供材料制備領域研究人員參考，也可供高等學校及科研院所材料科學與工程專業的研究生及學者在從事相關科研工作時借鑒。

①脈沖電場的作用
由于Cu被埋人BN中，脈沖電流在模具中發生偏轉，靠近模套處產生脈沖磁場（如前分析），靠近壓頭中心感應出脈沖電場。脈沖電場誘發高能粒子（特別是電子），穿過BN對Cu塊表面進行轟擊，在樣品中心由于電場強度大，場發射電子能量高，轟擊的程度深；在樣品邊緣，感應電場強度小，場發射電子能量低，轟擊的程度淺，因此形成弧形轟擊坑。樣品下表面由于感應電場強度過低（此問題在3.1.2節中已進行過分析），發射的電子還不足以到達Cu樣品表面能量就被耗盡，因此對Cu樣品下表面難以造成有效的轟擊，下表面完好。由于Cu被埋入BN中，其上表面距石墨壓頭3mm左右，由此可以看出場電子發射產生的高能電子的作用范圍還是相當深的。
高能電子對Cu表面的瞬間強烈轟擊導致微區熔融，隨后發生結晶。由于強烈轟擊發生在保溫之前，隨后的幾分鐘保溫為樣品中的晶粒生長提供了較緩和的溫度區域，使一些有利的晶核得到較好的發育，最終生長為大晶粒。
②脈沖磁場的作用
對導電性金屬來說，由于吸收脈沖磁場能的能力遠大于吸收脈沖電場能的能力，因此脈沖磁場對金屬有顯著的加熱能力。在磁場強度大的部位，磁能密度高，加熱能力強。Cu塊邊緣與中心相比，邊緣處磁場強度大，因此邊緣被燒蝕。與場電子發射的作用相比，脈沖磁場對Cu塊的作用是比較緩和的。因為脈沖磁場的最大值也發生在電流的最大值瞬間，此刻脈沖磁場對樣品邊緣產生強烈刻蝕，隨后脈沖磁場僅對樣品邊緣有加熱作用。因此樣品上表面的中心出現較小的晶粒，邊緣和下表面晶粒非常粗大，主要因為場電子作用中心溫度最高，隨后冷卻過程中溫度梯度也最大，因此出現較小的晶粒。
此實驗表明：場電子發射和脈沖磁場在樣品中同時產生作用，但作用的空間區域和范圍不同。場電子發射主要作用在樣品上表面的中心區域；脈沖磁場主要對樣品邊緣區域作用強烈。
3.3.2 BN包覆納米TiB2塊體的燒結
與BN包覆Cu類似的另一個實驗是BN包覆納米TiB2的實驗結果。只是納米TiB2的導電性比Cu小很多，但產生的實驗現象是相似的。本實驗所用的納米TiB2粉是將微米級TiB2粉進行球磨，球料比20：1，球磨40h后，再進行酸洗（HNO3+H3PO4），獲得納米TiB2粉末。但由于球磨時間過長，將硬質合金球的成分引入到TiB2納米粉中，成分如表3—3所示。
用WC—Co模具在低溫（700℃、100MPa）下將納米TiB2燒結成塊體，再利用完全不導電的BN包覆進行高溫（1500℃）燒結（與BN包覆Cu的方式類似），模具為φ20石墨模具。
利用普通變焦照相機拍攝宏觀斷口形貌；利用電子探針比較BN包覆TiB2的熱壓燒結與脈沖電流燒結不同區域的成分。
（1）宏觀斷口比較
圖3—30為兩種燒結方式下的實物照片及斷面示意圖。圖3—30（a）中左側為熱壓燒結的樣品，右側為脈沖電流燒結樣品的殘余物。圖3—30（b）和圖3—30（c）為兩種樣品斷面示意圖，可見它們的斷面形貌完全不同。熱壓燒結樣品中過渡層呈灰色，均勻，尖角處無異常變化，TiB2與過渡層之間結合良好。脈沖電流燒結樣品中過渡層呈灰黑色，且不均勻，尖角處分別向樣品表面異常延伸，形成灰黑色圓環，樣品與過渡層之問結合很差，樣品脫落。