鉬及鉬合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，低的膨脹系數和高的導電導熱系數，是非常具有應用前景的難熔金屬材料，在宇航、電子和核能等眾多工業(yè)領(lǐng)域都有很廣泛的應用。有相關(guān)學(xué)者圍繞改善鉬合金的力學(xué)性能做了大量的研究工作，雖然合金的強度和硬度有大幅的提升，但是此時(shí)合金的韌性往往會(huì )出現下降，為了兩者兼顧，細化晶粒就是較好的解決方案之一。近些年發(fā)展起來(lái)的 SPS 燒結法利用的是脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生瞬時(shí)高溫場(chǎng)來(lái)實(shí)現均勻燒結的過(guò)程，具有升溫速度快、燒結時(shí)間短、組織均勻、致密度高等可控的鮮明特點(diǎn)，被認為是細化晶粒，改善傳統材料性能的有效途徑。SPS對粉末顆粒表面具有活化作用和快速固結等特點(diǎn)，在制備細晶、超細晶甚至納米晶材料呈現出明顯的優(yōu)勢。

1.燒結溫度對燒結坯致密度的影響

    SPS燒結鉬鑭合金的燒結溫度和保溫時(shí)間的增加，會(huì )使燒結坯的密度快速增加，但是達到大值后便不會(huì )再增加，甚至會(huì )由于氣體和雜質(zhì)受熱膨脹導致致密度下降。如圖1所示為不同燒結溫度制備的鉬鑭合金的SEM圖。

圖1.不同燒結溫度制備的鉬鑭合金SEM圖

    從圖中可以明顯看到，燒結溫度為1500℃時(shí)，平均晶粒大小為3.34um，此時(shí)致密度較低，晶粒之間存在明顯的空隙，燒結效果并不理想；當燒結溫度為1600℃時(shí)，晶粒大小為3.74um，可以看出合金的晶粒大小并沒(méi)有明顯長(cháng)大，但是致密性卻有明顯的改善；當燒結溫度為1700℃、1800℃時(shí)，晶粒明顯長(cháng)大，約9.5um。

2.保溫時(shí)間對鉬鑭合金燒結坯晶粒度的影響

    在1600℃燒結溫度下保溫不同時(shí)間發(fā)現，隨著(zhù)保溫時(shí)間的增加，燒結坯的晶粒先變化并不大，直到轉換為冶金結合后，晶粒將長(cháng)大明顯。而燒結坯的顯微硬度開(kāi)始隨著(zhù)機械結合變?yōu)橐苯鸾Y合而顯著(zhù)增大，后來(lái)因為晶粒的長(cháng)大而有所下降。如圖2所示為鉬鑭合金在同一燒結溫度下保溫不同時(shí)間的SEM圖。

圖2.不同保溫時(shí)間制備的鉬鑭合金SEM圖

    從上圖（a）可以看出，保溫時(shí)間較短時(shí)，粉末坯存在明顯的燒結頸，隨著(zhù)保溫時(shí)間的增加，燒結頸消失，孔隙閉合，致密度有明顯增加，并且此時(shí)晶粒尺寸沒(méi)有明顯長(cháng)大，如圖（b），之后再進(jìn)行保溫，可以看出晶粒明顯長(cháng)大如圖（c）。

3.SPS燒結和氫氣燒結鉬鑭合金的力學(xué)性能

    通過(guò)對SPS燒結（溫度1600℃、保溫7min）及氫氣保護燒結（1800℃，保溫6h）合金進(jìn)行抗拉強度和抗壓強度測試，發(fā)現采用SPS燒結的鉬鑭合金抗拉強度以及抗壓強度分別提升765MPa、2307MPa。對兩種試樣的斷口分析發(fā)現SPS燒結的合金晶粒大小更加均勻細小。

圖3.不同工藝的拉伸斷口形貌

    從以上實(shí)驗可以看出，相比于傳統氣氛燒結，SPS能夠很好的燒結細晶粒合金，在燒結的過(guò)程中，避免晶粒長(cháng)大，這是其他工藝所不具備的，并且，SPS燒結得到的燒結坯致密性更好，力學(xué)性能更*，能為新材料的制備有提供更廣闊的應用前景。

上海皓越研發(fā)生產(chǎn)的SPS設備

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