工藝介紹：

熱壓燒結(jié)（hot-pressing，HP）是一種機(jī)械加壓的燒結(jié)方法，此法是先把陶瓷粉末裝在模腔內(nèi)，在加壓的同時(shí)將粉末加熱到燒成溫度，由于從外部施加壓力而補(bǔ)充了驅(qū)動(dòng)了，因此可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到致密化，并且獲得具有細(xì)小均勻晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。對于共價(jià)鍵難燒結(jié)的高溫陶瓷材料（如Si3N4、B4C、SiC、TiB2、ZrB2），熱壓燒結(jié)是一種有效的致密化技術(shù)。

條件：

• 適當(dāng)?shù)膲毫蜕郎刂贫龋?/span>

• 對于某些難燒結(jié)的陶瓷材料，也需要加入燒結(jié)助劑；

• 粉末的粒徑和均勻性也對熱壓致密化速率有顯著影響，要求粉末粒度應(yīng)為亞微米級(jí)（<>

優(yōu)點(diǎn)：

（1）可獲得更好的材料力學(xué)性能；（2）可減少燒結(jié)時(shí)間或降低燒結(jié)溫度；（3）可減少共價(jià)鍵陶瓷燒結(jié)助劑的用量，從而提高材料的高溫力學(xué)性能。

缺點(diǎn)：

（1）只能用于制備形式簡單和比較扁平的制品；（2）一次燒結(jié)的制品數(shù)量有限；（3）成本較高。 

因此熱壓燒結(jié)常用于生產(chǎn)單個(gè)或多個(gè)形狀簡單的產(chǎn)品，如圓片狀、柱狀或者棱柱狀的棒。

典型應(yīng)用：

（1）陶瓷刀頭的燒結(jié)。

（2）強(qiáng)共價(jià)鍵陶瓷的燒結(jié)。

（3）晶須或纖維增強(qiáng)的復(fù)合陶瓷。

（4）透明陶瓷的燒結(jié)。

熱等靜壓（hot isostatic pressing，HIP）是工程陶瓷快速致密化燒結(jié)最有效的一種方法，其基本原理是以高壓氣體作為壓力介質(zhì)作用于陶瓷材料（包封的粉末和素坯，或燒結(jié)體），使其在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力，借助于高溫和高壓的共同作用達(dá)到材料致密化。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間；

（2）減少或不使用燒結(jié)助劑；

（3）提高陶瓷性能和可靠性；

（4）便于制造復(fù)雜形狀產(chǎn)品。

典型應(yīng)用：

（1）氧化硅陶瓷制品；

（2）高強(qiáng)度氧化物陶瓷；

（3）陶瓷基復(fù)合材料；

（4）核廢料處理用復(fù)合陶瓷包套；

（5）透明細(xì)晶陶瓷。

氣壓燒結(jié)（gas pressure sintering，GPS）是指陶瓷在高溫?zé)Y(jié)過程中，施加一定的氣體壓力，通常為N2，壓力范圍在1~10MPa，以便抑制在高溫下陶瓷材料的分解和失重，從而可提高燒結(jié)溫度，進(jìn)一步促進(jìn)材料的致密化，獲得高密度的陶瓷制品。

氣壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)都是采用氣體作為傳遞壓力的方法，但是兩者的壓力大小和壓力作用是不同的。HIP燒結(jié)中氣氛壓力大（100~300MPa），主要作用是促進(jìn)陶瓷完全致密化。而GPS燒結(jié)中，施加的氣體壓力?。?~10MPa），主要是抑制Si3N4或其他氮化物類高溫材料的熱分解。

優(yōu)點(diǎn)：

與熱壓工藝、熱等靜壓工藝比較，氣壓燒結(jié)工藝最大的優(yōu)勢是可以以較低的成本制備性能較好，形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

微波燒結(jié)是利用微波與材料相互作用，導(dǎo)致介電損耗而使陶瓷表面和內(nèi)部同時(shí)受熱（即材料自身發(fā)熱，也稱體積性加熱），因此與傳統(tǒng)的外熱源常規(guī)加熱吸相比，微波加熱具有快速、均勻、能效高、無熱源污染等許多優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)加熱和燒結(jié)是利用外熱源，通過輻射、對流、傳到對陶瓷樣品進(jìn)行由表面到內(nèi)部的加熱模式，速率慢、能效低，存在溫度梯度和熱應(yīng)力。而微波燒結(jié)陶瓷的加熱是微波電磁場與材料介質(zhì)的相互作用，導(dǎo)致介電損耗而是陶瓷材料表面和內(nèi)部同時(shí)受熱，這樣溫度梯度小，避免熱應(yīng)力和熱沖擊的出現(xiàn)。

▲傳統(tǒng)燒結(jié)爐與微波燒結(jié)爐工作原理對比圖

微波加熱和燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)：

• 升溫速率快，可以實(shí)現(xiàn)陶瓷的快速燒結(jié)與晶粒變化；

• 整體均勻加熱，內(nèi)部溫度場均勻，顯著改善材料的顯微結(jié)構(gòu)；

• 微波加熱不存在熱慣性，燒結(jié)周期短；

• 利用微波對材料的選擇性加熱，可以對材料某些部位進(jìn)行加熱修復(fù)或缺陷愈合；

• 自身加熱，不存在來自外熱源的污染；

• 微波能向熱能的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80%~90%，高效節(jié)能。

大量研究探索證明，許多結(jié)構(gòu)陶瓷可以應(yīng)用微波燒結(jié)，氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及透明陶瓷用微波燒結(jié)，可以得到致密的性能優(yōu)良的制品，且燒結(jié)時(shí)間縮短、燒結(jié)溫度降低。

但是由于微波燒結(jié)陶瓷過程既涉及材料學(xué)，又涉及電磁場、固體電解質(zhì)等理論，還有許多技術(shù)問題有待解決，因此，微波燒結(jié)工程陶瓷的產(chǎn)業(yè)化還有一段路要走。

自蔓延高溫合成（SHS）制備材料的工藝，最先是1967年前蘇聯(lián)科學(xué)家A G Merzhanov等人提出，隨后在各種粉體合成中廣泛應(yīng)用。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)國內(nèi)外科研單位及人員的研究，已取得很大進(jìn)展，該技術(shù)可直接制備陶瓷、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金和復(fù)合管等致密陶瓷，制品也開始工業(yè)化生產(chǎn)。

SHS致密化技術(shù)是指SHS過程中產(chǎn)物處于熾熱塑性狀態(tài)下借助外部載荷，可以是靜載或動(dòng)載甚至爆炸沖擊載荷來實(shí)現(xiàn)致密化，有時(shí)也借助于高壓惰性氣氛來促進(jìn)致密化。這是因?yàn)橥ǔＷ月痈邷睾铣傻玫降漠a(chǎn)物為疏松狀態(tài)，一般含有40%~50%的殘余孔隙。

目前研究較多的SHS致密化工藝包括：

①SHS-準(zhǔn)等靜壓法（SHS-PIP）；

②熱爆-加壓法；

③高壓自燃燒燒結(jié)法（HPCS）；

④氣壓燃燒燒結(jié)法（GPCS）；

⑤SHS-爆炸沖擊加載法（SHS/DC）；

⑥SHS-離心致密化等。

其中，方法①、②為外加機(jī)械壓力的作用，方法⑥為離心力的作用，而方法③、④、⑤為氣體壓力的作用。

特點(diǎn)：

速度快，產(chǎn)量高，能充分利用資源；設(shè)備、工藝簡單；產(chǎn)品純度高；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；成本低，經(jīng)濟(jì)效益好；能夠生成新產(chǎn)品。

放電等離子燒結(jié)（spark plasma sintering，SPS）又稱“等離子活化燒結(jié)”（plasma activated sintering，PAS）。該技術(shù)是在模具或樣品中直接施加大的脈沖電流，通過熱效應(yīng)或其他場效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)材料燒結(jié)的一種全新的材料制備技術(shù)。

在SPS燒結(jié)過程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結(jié)體內(nèi)部各個(gè)顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應(yīng)合成法（SHS）和微波燒結(jié)法類似，SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進(jìn)行燒結(jié)的。SPS燒結(jié)過程中可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。除了加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)因素外，在SPS技術(shù)中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(zhì)（如去除表面氧化物等）和吸附的氣體。電場的作用是加快擴(kuò)散過程。

優(yōu)點(diǎn)：

加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單，不需要專門的熟練技術(shù)。

應(yīng)用：

結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、納米陶瓷、透明陶瓷、梯度功能材料等領(lǐng)域