真空燒結(jié)爐是一種瓷坯在真空條件下燒結(jié)的方法,氧化物陶瓷坯體的氣孔中含有的水蒸氣、氫、氧等氣體在燒結(jié)過程中借溶解、擴散沿著坯體晶界或通過晶??蓮臍饪字幸莩?。但其中的一氧化碳、二氧化碳,特別是氮,由于溶解度較低,不易從氣孔中逸出,致使制品內(nèi)含有氣孔,致密度下降。如將坯體在真空條件下燒結(jié),則所有氣體在坯體尚未*燒結(jié)前就會從氣孔中逸出,使制品不含氣孔,從而提高制品的致密度。
在高溫和一定的真空度下,使具有一定形狀的陶瓷坯體經(jīng)物理化學(xué)過程變?yōu)橹旅?、堅硬、體積穩(wěn)定、具有一定性能的燒結(jié)體。物理化學(xué)過程包括粘滯流動、擴散、蒸發(fā)、凝聚、新相形成、溶解和沉淀、固溶體產(chǎn)生等。在過程進行中,粉末總表面能下降,宏觀上表現(xiàn)出坯體收縮,強度增加;微觀上表現(xiàn)為氣孔數(shù)量減少,氣孔形狀、大小改變,晶粒尺寸及形貌變化,晶粒長大,晶界減少,結(jié)構(gòu)致密化。瓷坯中含有一定量的氣孔,其中水蒸氣、氫氣、氧氣能借助溶解和擴散過程從封閉氣孔中逸出,一氧化碳、二氧化碳和氮氣等由于溶解度較低,不易從封閉氣孔中逸出。樣品置于真空條件下,施加一定的驅(qū)動力,使氣體從封閉氣孔中逸出,能提高瓷件的致密度。爐內(nèi)壓力為負壓的條件下進行的燒結(jié)稱為真空燒結(jié)。有間歇式真空燒結(jié),也有連續(xù)式真空燒結(jié)。連續(xù)式真空燒結(jié)因為爐子比較復(fù)雜,真空度不好保障,沒有辦法通人氣體,燒結(jié)工藝曲線不好調(diào)整等,應(yīng)用的很少。間歇式真空燒結(jié)有專門的真空燒結(jié)爐,配置配套的脫蠟爐;也有脫蠟—燒結(jié)一體爐。目前主流真空燒結(jié)是脫蠟(成型劑)和真空燒結(jié)在同一爐內(nèi)一次完成的一體爐。
1、減少了有害成分,真空燒結(jié)爐減少了氣氛中有害成分(水、氧、氮)對產(chǎn)品的不良影響。例如要使電解氫氣中含水量只需真空度只要達到一定壓強就相當(dāng)于含水量為很難達到的露點。而銷量好的真空燒結(jié)爐獲得這樣的真空度相對容易。而且對于宜用還原性或惰性氣體作保護氣氛(如活性金屬的燒結(jié)),或不容易出現(xiàn)脫碳、滲碳的材料均可用真空燒結(jié)。
2、改良固相的性質(zhì),真空可改善液相對固相的潤濕性,有利于收縮和改善合金的組織。并且真空燒結(jié)有助于硅、鋁、鎂、鈣等雜質(zhì)或其氧化物的排除,起到凈化材料的作用。而且真空有利于排除吸附氣體、孔隙中的殘留氣體以及反應(yīng)氣體產(chǎn)物,對促進燒結(jié)后期的收縮有明顯作用。如真空燒結(jié)的硬質(zhì)合金的孔隙度要明顯低于在氫氣中燒結(jié)的硬質(zhì)合金。
3、溫度要求低,真空燒結(jié)爐溫度比氣體保護燒結(jié)的溫度要低一些,如燒結(jié)硬質(zhì)合金時燒結(jié)溫度可降低很多溫度。這有利于降低能耗和防止晶粒長大。并且真空燒結(jié)時通過嚴格控制真空度,即使爐內(nèi)壓力不低于燒結(jié)金屬組分的蒸氣壓,也可大大減少或避免燒結(jié)硬質(zhì)合金時出現(xiàn)鉆的揮發(fā)損失。