空心阴极等离子快速高温烧结工艺研究

北京工业大学

硕士学位论文

空心阴极等离子快速高温烧结工艺研究

姓名：高帆

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：张连宝

20040501

！！＝＝＝！曼！竺。。。。。。。。，：，，，。！！塞！茎釜！！皇。，！。，：！！！！竺皇。，竺詈

摘要

粉末冶金是冶金学的一个重要分支，而烧结工艺则是影响粉末产品质量的一个关键环节。进入二十一世纪，随着各项新技术的诞生及应用，现代工业得到了飞速发展，粉末冶金制品所占工业产品的比重也日益增大。这就对粉末冶金产品的质量和性能提出了更高的要求，本课题所探讨的空心阴极等离予快速高温烧结工艺就是利用空心阴极放电效应作为新的烧结手段，实现对难熔金属及陶瓷的高温、快速烧结。同时引入渗金属工艺，丰富铁基粉末的烧结方法。

本课题从空心阴极的放电特性实验出发，探讨了空心阴极的点燃条件、放电电流和升温特性以及气压、电压对电流密度和温度的影响。结果表明：空心阴极点燃的基本条件是负辉区的交叠，通过负辉区内电子的振荡实现电流的放大，与普通平板阴极放电相比较，在放电电压Ｖ、气压Ｐ等条件相同的前提下，圆筒形空心阴极能够拥有更大的输出电流。圆筒形空心阴极效应能够在短时间内实现温度的快速升高，可以根据该特点将其利用在快速升温的工程领域。

通过对加入不同助剂的Ａ］Ｎ陶瓷试样的烧结实验，探讨了制备高性能ＡＩＮ陶瓷材料的工艺参数，以及烧结工艺对微观结构及ＡＩＮ陶瓷热导率的影响。结果表明：通过调节放电电压、气压等条件，可以充分控制空心阴极的输出功率，利用其大能量，高密度的等离子体，完成陶瓷材料的快速烧结；在１７００℃，保温３小时的烧结条件下，添加５．５ｖｅｔ％Ｙ２０３一Ｃａｏ—Ｌｉ２０的ＡＩＮ烧结体具有９８．８８％的相对密度，热导率可达到９３．８ｗ／ｍｌ（。

在对铁基粉末的烧结实验中，同时进行离子渗金属复合处理。显微组织分析可以显示在不同的工艺参数条件下，烧结体的致密化过程。结果表明：通过对空心阴极工艺参数进行调整，可以在获得致密化铁基粉末烧结体的基础上于表面形成完整的合金化渗层。

关键词空心阴极放电；烧结；ｍＮ陶瓷；铁基粉末：渗金属

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙｉｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｒａｎｃｈｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ．Ａｎｄｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｌｗａｙｓｐｌａｙｓａｋｅｙｒｏｌｅｗｈｉｃｈｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｐｒｏｄｕｃｔ．Ｓｉｎｃｅｗｅ’ｖｅｓｔｅｐｉｎｔｏｔｈｅｎｅｗｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅｍｏｄｅｍｉｎｄｕｓｔｒｙｈａｖｅｇｏｔａｂｉｇ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｎａｉｓｓａｎｃｅｏｆｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｎｄｔｈｅｐｏｗｄｅｒｐｒｏｄｕｃｔｓｃｏｕｎｔｍｏｒｅａｍｏｎｇｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｉｔｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｅｓｔａｂｏｕｔｔｈｅ

ｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒｐｒｏｄｕｃｔ．ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅＬｉｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈａｔｔｈｅＨｏｌｌｏｗＣａｔｈｏｄｅＤｉｓｃｈａｒｇｅＣａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｍｅｔｈｏｄｉｎｓｐｅｅｄｙａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｃｅｒａｍｉｃｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｈｉｇｈｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｍｅｔａｌａｎｄ

ｍａｔｅｒｉａｌ．ＡｎｄｔｈｅｓａｔｕｒａｔｉｎｇｍｅｔａｌｔｅｃｈｎｉｃｓＣａｎｂｅａｌｓｏａｄｄｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔｗｉｌｌ

ｅｎｒｉｃｈｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｉｒｏｎｐｏｗｄｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ．

Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｔｉｓｓｔａｒｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｏｆｔｈｅＨｏｌｌｏｗＣａｔｈｏｄｅＤｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅｌｉｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｒｉｓｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｙ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔｉｓｆｏｌｌｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅａｒｅａｌｓｏ

ｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｂａｓｉｃｌｉｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｔｈｅｏｖｅｒｌａｐｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｇｌｏｗ．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃａｎｂｅａｍｐｌｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃ心ｏｍ．Ｗｉ廿ｌｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒ－ｓｈａｐｅｄＨＣＤａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｎｋＨＣＤ，ｔｈｅｌａｔｔｅｒｃａｌｌｐｒｏｖｉｄｅｍｏｒｅｐｏｗｅｒｆｕｌｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｒｌｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｖｏｌｔａｇｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＡｎｄｉｔｃａｒｌａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｒｉｓｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｈｉｃｈＣａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｈｊｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｒｅａ．

ＷｉｔｈｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｄｉｔｉｖｅｓＡＩＮｃｅｒａｍｉｃ，ｉｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈａｔｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｂｅｖｅｒｙｈｅｌｐｆｕｌｉｎｍａｋｉｎｇ

ｃｅｒａｍｉｃ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｉｍｅ曲ｇｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒｅｄＡＩＮ

ａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒＣａｎｂｅｗｅｌｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．ＡｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａＳｖｏｌｔａｇｅ

ｔｈｅｆａｓｔｓｉｎｔｅｒｉｎｇｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ、Ⅳｉｔｌｌｔｈｅｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｐｌａｓｍａ．Ｉｎｓｈｏｒｔｔｉｍｅ．ｔｈｅ

ｓａｍｐｌｅＣａｎｇｅｔｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅＡＩＮｓａｍｐｌｅＣａｎｂｅ９８．８８％ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｒａｔｅｏｆｔｈｅＡ１ＮｓａｍｐｌｅＣａｎｒｅａｃｈ９３．８Ｗ，ｍＫｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ５．５ｗｔ％Ｙ２０３一ＣａＯ—Ｌｉ２０ａｄｄｉｃｔｉｖｅ；１７００℃；ａｎｄ３ｈｏｕｒｓ’ｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅ．

Ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇｉｒｏｎｐｏｗｄｅｒ，ａｌｌｏｙｉｎｇｍｅｔａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｄｄｅｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｎｌｌｃｔ【ｌｒｅＣａｎｃｌｅａｒｌｙｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｓｔｅｐｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ’ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ

—ｎ一

ｄｕｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅＨＣＤｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｒｏｎｐｏｗｄｅｒＣａｌｌｂｅｓｉｎｔｅｒｅｄｃｌｏｓｅｌｙ．ＡｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅａｌｌｏｙｉｎｇｌａｙｅｒｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａＳｗｅｌｌ．

ＫｅｙｗｏｒｄｓＨｏｌｌｏｗＣａｔｈｏｄｅＤｉｓｃｈａｒｇｅ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；Ａ１Ｎｃｅｒａｍｉｃ；ｉｒｏｎｐｏｗｄｅｒ

ａｌｌｏｙｉｎｇ

一Ⅲ一

独创性声明

本入声锈繇堇交箭论文是我个人程导舞搔簿下进孬懿疆窕工律爱敬褥的研究或暴。尽钱所知，除了文中特剃加以标注和致谢熟地方步卜，论文中不包含其他人已经发袭躐撰篝过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学戚其它数育枫鞫的学蕴缓诞书矮使曩遘鹣秘糕。与我一露工终筑灏惠瓣零磷究嚣徽鲸惩鳄黄献海已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

荚于论文使带授权的说礁

率入完全了解ｊ芝京王妲大攀宥美绦蟹、使籍学位论文弱褒逡，郎：学校寄投保留送爱论文的复窜彳牛，允许论文被滚潮帮倍阗；擎校可戳公带涤交懿全部或潍分蠹客，弼潋采瘸影印、缝彝袋其他复制手段像存论文。

（保密静论文在麟窝籍应遴守藏麓定）

！燃皇，燃！烹赠皇邕磐坚些灌型璺簦垒鏊鼍！燃憋！燃皇蝴件代替传统的浇铸件，从而改善了产品的结构性能，降低了生产成本，带来了可鼹夔经滂效楚。羚寒冶金孛鼹烧缝技术不凝霆着快速证、巍密度纯、囊性憝证发展，相继出现了复臌复烧、液相烧绺、粉米热煅、热等静聪及温压锋新技术［５１。炎了实现抉涟、离效翡烧结，不鼗搽索薪豹烧结方法已经成为耪末冶金磷究领域中的重要课题。空心阴极等离子粉末冶金快速烧结技术就是在这个背景下提出来豹嘲。

空心阴极放电怒辉光

放电的一种特殊形斌，它

最掣应是予原子熬必谱分

析【＂。但由于其放电的特

殊瞧还被广泛运鬟予各令

科研领域，如：空心阴极

作为光源豹液晶显承研究

及照示器的应用研究嘲；

由乎空心阴极结构牢固、

电予发射电滚密度大的特

点，目前普遍被用作于离

子接力器释鬟尔接力器静

电子源【９】。在工程技术方

嚣，空心瓣辍技术搿运矮ＦＩ繇黼１－２ＴｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆＨＣＤ

于焊接领域【１０ｌ：运用于渗

碳、渗硼ｆｌｌ】等工艺骈究；在冶金领域，该技术已成为等离子荣炉设备的理论基础；另夕｝还可以农真空镀膜技术中完善阴极的镀膜装置ｆ１２ｌ等（妻鞋图１－２赝示）。因此空心阴极技术已经强近代工姚生产、科学研究及工糨领域显示出强大的优势，已或受了一释不可缺少瓣应瑙薅景十分广泛懿凝技术。

１。２粉末冶金烧结技术领域发展现状与趋势

随着耪洙冶金技术豹不断发展，在２０键纪末的后９年中，国际粉末冶金行业创造了一个连续９年增长的佳绩，劳成为世界上近年发展最快的金属成形技术【１３１。

一２＿

！！！詈！！！！！！！苎！！！！苎；些圣王些奎茎耋耋墨窑釜謦雪垒耋苎曼皇皇曼！曼！！曼曼！苎兰性能得不到应有的提高［１５】。对于高性能的粉末冶金材料来说，需要引进高温、快速烧结的新手段。

１．３烧结技术的多样性及其存在的问题

粉末冶金的烧结工艺，是决定粉末冶金制品质量的关键之一。就其加热方法而论，传统的的方法有火焰加热、电阻发热体加热、电磁感应加热等。但是火焰加热有其不可克服的劣势，首先是能源消耗量大，热利用率不高；烧结时间长，质量难以掌握；另外，燃烧产物造成的污染也是火焰烧结所面临的巨大问题。因此火焰加热法在现代工业中的运用范围越来越小。而电阻发热体加热的致命问题是升温速度慢，不能做到快速烧结，而且容易造成晶粒的长大，不利于有特殊工艺质量要求的制品烧结。电磁感应烧结的主要问题是过程的控制问题，由于利用高频率产生功率较高的电磁波发射场，容易造成电磁波污染。可见，传统的烧结工艺在一定程度上已经不能适应逐渐发展的对高要求烧结产品的需要。因而诞生了许多新型的烧结工艺技术，为丰富粉末冶金产品性能提供了多种手段和方法。以下就是各种烧结方法的一些优势和存在的问题：

（１）热等静压技术（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｄｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）简称ＨＩＰ技术：

该技术是近２０年来粉末冶金领域的一项重要成型一烧结的技术突破。ＨＩＰ作为高温、高压气体介质中对物料进行处理的工艺，其目的可以分为三种情况，即将高的压力作为加工力来利用：利用高温、高压下物料的组织结构变化如可能发生的相变；以及利用高温高压下的反应如固一气相之间的反应。通常所称的热等静压是指利用高温下的高压作为成型加工的场合。当前热等静压设备的工作温度已达２０００＂（２，并在向２６００１２的超高温进展，气体压力将增加到１０００Ｍｐａ，可以用来烧结碳化物、硼化物等高熔点材料。

主要特点：在成型方面保持了冷等静压的长处：可压制密度和性能均匀的复杂形状产品；能制各形状和尺寸精密的产品；能获得接近理论密度的产品，降低孔隙率。

相对不足：投资高；工艺周期长；技术复杂。

（２）气氛压力烧结技术（ＧａｓＰｒｅｓｓｕｒｅＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）：

该技术是一种主要用于高性能氮化硅陶瓷的烧结技术。它利用高的氮气压力来抑制氮化硅分解。使之在较高的温度下达到氮化硅陶瓷的致密化而获得高性

第１零藉谁

能，所以又称高氮压力烧结（ＨｉｇｈＮｉｔｒｏｇｅｎＰｒｅｓｓｕｒｅＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）。气氛压力烧结工艺是１９７６年发展起来的。日本采用两阶段气氛压力烧结法禚２～８Ｍｐａ氮气艇力帮１８Ｇ弧２０∞℃懿赢滋气氛压力下袋葫避烧蘩了撼纯硅建瓷潺轮增匿器转子，该技术融大量运用予嫩产。

主要特点：烧结温度漪，添加剂含爨少；扩大添加剂选择范围：改善烧结制潞瓣显镦结梭；提高滚裰糖度；荔予稍造影状复杂秘大尺寸鹃翻菇。

相对不熙：该方法适用样品单一（主要用于氮化硅陶瓷的烧制）；高压的氮气氛会给烧绻样品的选择范围带来影响；由于压力的影响，对液相的形成起到了瓣礴箨蕉。

（３）徽波烧结（ＭｉｃｒｏＷａｖｅＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）：

剩用制懿胚体吸收微波能，在材料内部整体加热黧烧结温度耐实现致密化的烧结工韭称强徽波烧缭。徽波浇结的技零窟始子７ｅ筇代，１９７６零矗．ｊ．Ｂｅｒｔｅａｎｄ和Ｊ．Ｃ．Ｂａｄｏｔ首先报道了在实验室中用微波烧结成功ＡＬ２０３陶瓷的结果。微波烧结的理论研究也在逐步的深入，如烧绻ｊ过程中舱电磁场、温度场黪摸拙计算，离澄材精奔惫髋缒翡测试，橱拳季在镞波燕热嚣孝烧绪祷髹敦侠速浇结瓣秘理等，酃泛取得了相当的进展。

主要特点：加热速度快；整体加热燃好；降低烧结温度；改谶盥徽结构；掇嵩镪晶毪髓驻离效节髓。

相对不足：投资太，成本高；由于介电损耗会随温度猛烈变化，容易产生热失控；整套技术还不成熟，操控性比较差；危险系数商。

（４）激毙烧结技拳（ＬａｓｅｒＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）：

激光悬一种具有高能避密度、高方向性和良好单色性的高自＆粒子束。把激光遴建于材料加工已有３０多年的历史‘１６１。成功地运用童要有切割、焊接和表露改往。班激光柬为热源荛粉涞冶金压胚意接烧结戚割赫，是一种耨黧静工艺，在烧结速度方面，它与已有的电火花烧结肖类似之处，属千快速烧绐技术。其突出特点为：烧缀髑期短，变形小，细化组织＋

警激光对金属迸幸亍爆接、留割藕表箍改侄眩，金耩对激光有缀强的反射作丽，使激光能案骚到很大的授必。金属对激光的吸收通常用吸收率来袭示。粉末冶众零箨含有大爨熬孔隙，魏辍度在１００／ｏ～２０％，因此对于致密金属，粉末冶金零传的吸收率大大提高，髓羹霄效建吸收激光能量，使巍缩体快速舞滚。与常蕊生产

北京工业大学工学硕士学位论文

工艺相比，激光烧结可以使零件的密度和收缩比获得明显的提高。但在激光烧结时，化学成分对粉末冶金零件的组织和性能的影响规律，目前尚不十分清楚，有待进一步的提高。

主要特点：烧结速度快，周期短：烧结过程中制品变形小；产生细化组织的作用。

相对不足：输出功率不稳定，影响烧结效果：激光的光束窄，大型工件和复杂形状样品难以烧结；加工难度大，不适于工业化的复杂产品需求。

（５）放电等离子体烧结（ｓＰｓ）：

ＳＰＳ与热压（ＨＰ）有相似之处，但加热方式完全不同，它是一种利用通．断直流脉冲电流，直接通电烧结的加压烧结法。通．断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用【１７】。在ＳＰＳ烧结过程中，电极通入壹流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。与自身加热反应合成法ｆＳＨＳ）和微波烧结法类似，ＳＰＳ是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。这种放电直接加热法，热效率极高，放电点的弥散分布能够实现均匀加热，因而容易制备出均质、致密、高质量的烧结体。ＳＰＳ烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在ＳＰＳ技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落，高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质（如去除表层氧化物等）和吸附的气体。

主要特点：加热均匀，升温速度快；烧结温度低，烧结时间短；效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态；可烧结梯度材料以及复杂工件。

相对不足：理论目前尚未完全清楚；需要增加设备的多功能性及脉冲电流的容量；连续工作性差。

从以上的对各种烧结方法的分析我们可以看出：现代的粉末冶金烧结技术正在向高效化、快速化、节能化的方向发展，然而由于烧结过程相对复杂的内部机理以及烧结制品对条件的要求，能够在充分烧结的基础上实现其他工艺要求的手段并不多，因此，探索新的烧结工艺，成为科学工作者所研究的新课题。

１．４空心阴极效应的产生及其实现材料快速烧结的特点空心阴极效应是气体鼯邀的一种特嫌形式，其溅论基础基于稀薄气体在一怒条侔下酶敖嘏原理。气体簿电理论是磷究空心醋稷藏邀特点的前掇，遗过对气体导电的深入理解可以更好地对空心阴极的各项参数进行控制，达刹预期的效聚，使之能为粉求冶金烧结技术提供更多的工艺方法。

１．４．１气体导电和空心阴极效应的主要特点

气体导电的物理机理很复杂，在不同的条件下会出现各种不同形式的导电现象，气馋导恕豹铰安特性藏线翔图卜３联示【Ⅷ。在邋常戆状态下，任｛珂气傣审郝舆有一定量的电子和离予浓度。如在靠近地面的大气层中，由于宇宙射线的辐射和热的作用，能使气体离子产生电离，旗带电粒子的产生速率与宦们的损失速率槿平籀，困热，大气层中缭持考一定的带逛粒子浓度，但其毫饔度楚极其微弱数。同样，在充气管内的气体中也有微量秘滞电粒子存在，当充气管蹲极问加上较低的电压时，象间便建立起瀚电场。这些带电粒子能淤电场作漂移逡动，因而形成弱电流。在羝气压下（ｐ《６ｘｌ护ｐ奎豹条转下，当敖毫空凌电场强发足够大时，繁

季

暴

≯

｝

ｌ一电溅《安）ＩＩ

ｌ色教

凿ｌ－３辉光放窀盼伏安麴线

Ｆｉｇｕｒｅ］一３ＴｈｅＶｏｌｔａｇｅｖｉａＣｕｒｒｅｎｔｃＵｌ＇ＶＣｏｆＧｌｏｗＤｉｓｃｈａｒｇｅ

邀粒子在漂移运动过程中，从电场获得足够高的能爨。具有高能擞的带电粒予与气俸粒子之鬻冒发生饕懿瞧袋撞，使之激发或电离，从嚣霞窒闰内产生薪靛带惫

北京工业大学工学硕士学位论文

粒子，因此，气体中带电粒子的浓度不断增大，这些新产生的带电粒子也在电场的作用下继续移动，继续电离其它气体原子，产生了电子雪崩现象，如图卜４所示。

肛掣（１－１）电子雪崩的表达式通常可以写成：

口ｄ

其中，，。为到达阳极的电流密度；ｊｏ＝ｅｎ∥为外界辐射源产生的初始电流密度；ｄ为两平板之间的距离：口为常数，ｍ为产生电离的电子、离子数。随着电子的二次发射，气体被击穿，在一定条件下，形成稳定的放电电流，产生辉光放电。

／＼≮

图卜４电子在气体中的雪崩增长示意圈

Ｆｉｇｕｒｅｌ－４Ｔｈｅｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｇａｓ辉光放电是气体导电中的一种重要放电形式，由于放电管内两电极空间出现特有的光辉，因而得名。它的特点是电流密度小，放电维持电压较高。辉光放电极易产生非等温等离子体，可以在激光、光源、超大规模集成电路的微细加工等方面有广阔的应用领域【１９１。辉光放电可以分为正常辉光放电（如图卜３Ｅ－Ｆ段）、准辉光放电（如图１－３Ｃ．Ｅ段）和反常辉光放电（如图卜３Ｆ—Ｇ段）几种。１．４．２空心阴极的放电特性以及空心阴极技术实现快速高温烧结的特点

空心阴极是一种特殊形状的阴极，当辉光放电时，阴极区（如图２－１７中的Ａ、Ｋ、Ｌ区）、负辉区（如图２．１７中的Ｎ区）都包围在阴极空腔的内部，使得负辉区相互重叠，这种放电特征状态下的阴极称为空心阴极。在相同条件下，空心阴极辉光放电的电流密度比正常辉光放电时显著增大，这种现象称为空心阴极效应［２０】。空心阴极放电时两极间测得的电位、电场如图１－５所示。Ｋ１、Ｋ２为两

第１辈鳍论

ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ

平扳疆板，嚣戮辍闯燕窝为痊，瓣辍速变度受磊，弱稷嚣之惹豹受辉区鞠互重叠。在两阴极空间形成抛物线型的电位分布，及近似用斜线袭示的电炀分布都是以中心线对称分布酶。由予整心阴穰内特殊瓣电位、灌绣分蠢，这藏受产生离宅流密度提供７有利的条件。

这些因爨都使空间的电离系数提Ｆ；篡，！矗毒竺要篓黧墨甏￡燃。高。由于阴极间空隙的限制，负辉

莲中辐射魏光予毒较大豹且率辐射到弱缀表瑟，使臻投产生较强豹光墩子发射。其它各种高能离子、亚稳原子、高速原予等都能更容易地打上阴极，使阴极表面产生二次毫孑笈射，获嚣使褒缀戆慧二次电子发瓣系数￥显蓉壤大。

阴极电子的运动与辉光放墩中电予的运动并不相同，并非赢接由阴极向阳极运动，当电子经阴极位降蕊速露，由于惯性静琢嚣会洚＿ｌ建两翳裰静平鬻位置送入男一个阴极区，受到另一个电场的作用盾囱相反的方向运动，如此反复，就形成了空心阴极内电子的掇荡。这种振荡大大提高了电子碰撞的电离系数８值。使嗽离几率强大，电子雪攘增长更快。

阴极的表谳溅射悬空心阴极的另一个重要特点。由于较多的粒予轰击阴极袭瑟，整瓣投金鬟蹶蹇重壤瀑，麸瑟在弱掇瓣逶塞骥较裹瓣愈属蒸汽压。金震蒸汽蹶子的电离电位～般都低于惰性气体的电离电位，而且它们很容易与气体原子碰撞发生潘宁电离磁獾，获籍使阴辕区内静邀离系数更煎灞大。逮榉，一方蠢霞萌穰的温度升高，加大放电的功率，另一方面，阴极溅射也可以实现渗金属合金化越合处璃等其袍帝《备工艺。

嚣ｊ毙，空心骥扳效疲表现爨寒豹基零特点怒：窟能电子在阴投空阉来回振荡，

；｝塞苫些盔兰苫主鎏圭兰堡鲨銮

电离几率增大；负辉区的重叠带来了阴极区内等离子浓度的提高，阴极温度和电流密度比一般的辉光放电强数十倍：阴极区溅射现象强烈。

空心阴极的放电特定决定其具有如下特点适用于粉末材料的烧结：

①热效应由粉末制品本身产生（自发热），无须其他加热元件提供热能；

②热效应来源于高能密度离子对样品表面的轰击，因而加热速度快，且可达到很高的温度。

③可实现一次大批量烧结，适用于大规模的工业生产加工。

④烧结的同时可以通过控制气氛或引入溅射耙对制品进行表面合金化。１．４．３课题的主要研究内容

空心阴极效应作为一种特殊的放电现象，其鞘层区放电机理的研究已经取得了较大的发展。但是将其运用于大功率烧结的工程领域，目前所进行的实验研究还不多见。本着丰富粉末冶金烧结工艺的基本目标，本课题所研究的内容主要包含以下几方面：

（１）不同形状空心阴极放电的点燃条件：电压、气压等放电条件对电流密度、温度、功率等参数的影响关系；阴极区内电子运动的特点。

（２）利用空心阴极效应实现对ＡＩＮ陶瓷材料的烧结，从致密度、收缩率、显微结构等分析工艺参数对提高陶瓷主要性能的影响规律。

（３）对铁基材料进行快速烧结的同时引入渗金属工艺，通过不同的放电条件研究整个工艺过程对烧结基体组织和渗层的影响。

第２章空心阴极放毫特性实验研究

２。１零｜言

从空心阴极等离子放电的特性和功率输出、相关参数的控制入手研究空心阴狻效痤瘫翔予快速麓结静

理论构想，可以在较短的

时闻，较低的成本将这项

技术更好地深入化。嗣对

根据不同的参数下空心阴

辍效应特性，霹驭割定更

好的研究方案，为该理论

运爱予粉寒冶金烧结静羧

术打好基础ａ

ｌ真空室．２赡授．３空心鲷撮４．电源５。接真空袋６＇接傲气系统研究空心酮极静等离

子放电现象，不仅可以糕很大程度上实现快速烧结

图２一ｌ平行板空心阴极装髓图

Ｆｉｇｍｅ２－１Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇｐｌａｎｋ

珏ＣＤ

中渥度懿提衰麟甥关气氛戆优化，嚣虽弼以掇戮究结果邂翅于受广泛的热搬工领域。为其他课题的进一步深入化研究创造条件。

２．２实验条件与方法

实疆装萋絮鍪２。ｌ及圈

２．２所涿，基本组成为真空

室，掏粪空系统，测量系统，

供电以及供气系统。电源系

统为可控硅直流电源，电压

埝出１０００Ｖ：用ＷＤＬ－３ｌ

光电温度计测擞试样添ｌ度；１真空室．２龋极．３空心阴极４。电源５．接真空浆６．接供气系统

爱ｚＤＺ。３墼糕真窒计溺量放电气压；采用工业缝氲气为实验掰气体。

窭２－２鋈舞蘩空心瞬投装置强

Ｆｉｇｕｒｅ２—２ＴｈｅｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｓｈａｐｃｄＨＣＤ

，。。，，，，。，，—婆型鳖堂薹型姜垒婆烹曼！！苎苎！皇，一（１）平行板空。ｔＬ，阴极：在真空室中设置阳极和由平行平板构成的空心阴极。阴极板的材料为低碳钢板，尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×４ｍｍ。试验时通过调整阴极板间的距离（或称为空腔尺寸）ｄ，工作气压Ｐ和放电电压ｖ６进行不同条件下的空心阴极放电，测出各种条件下的空心阴极点燃电压ｖｄ和放电功率Ｐ。试验参数范围为：气压１０～１５０Ｐａ，电压０～１０００Ｖ，平行板间距５～１５０ｍｍ。

（２）圆筒形空心阴极：在真空室内设置阳极和圆筒形空心管构成空心阴极。空心阴极试样的材料为不锈钢，共有１１组试样，圆筒内径由５．３ｍｍ至３２ｍｍ，其中每组试样的内径差额为２～３ｍｍ，试样的长度一般选定在空心阴极内径的扛３倍。

实验时，先将真空室内抽真空至１Ｐａ，加电压至５００Ｖ，逐渐通入氩气，观察产生空心阴极效应时的各项条件，并记录电压、气压、电流、温度等有关数据。２．３实验结果

２．３．１平行板空心阴极的点燃条件

空心阴极效应发生的条件亦称空心阴极的点燃条件。空心阴极点燃时，除必须满足巴邢定律外，还必须满足平行板间距和气压、电压等条件。通过提供不同的工作气压和电压并调整平行板间距，所作的试验表明，对于不同的ｄ和Ｐ值的组合，点燃电压Ｖｄ并不是一个常数，而是一个与ｄ及Ｐ值有关的变量，其变化

壁奠尺寸“Ｏ

图２－３不同平行板间距下空心阴极的点

燃电压

Ｆｉｇｕｒｅ２?３ＴｈｅｃｕｒｖｃｏｆｌｉｔｖｏｌｔａｇｅｖｉａｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇｐｌａｎｋＨＣＤ

—１２一

Ｏ∞６０∞ｌ舳

王悸气压‘嘲

图２－４不同气压下平行板空心阴极的点燃

电压

Ｆｉｇｕｒｅ２－４ＴｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｉｔｖｏｌｔａｇｅｖｉａｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｐａｒａｌｌｅｌｈａｇｐｌａｎｋＨＣＤ

嘲

嘲

瑚

嘲

枷

掰

￡峨蕾羹峰￡嘲鲁鬟嗵

第２熏空心弱横放电特性离验研究

鬏律茹麴２．３及强２－４耩汞。络聚表鞠，对蠢一Ｐ蓬，ｖｄ蘧ｄ傻增大霹舞裹；而在同～ｄ值时，Ｖｄ则随Ｐ值的升高而增大。但当ｄ太小或Ｐ太低时，由于两阴极板的相互群蔽，无论奄压离低均不熊使空心稿较熹燃。实验结栗与文献［２０】吻合。

空心阴极点燃的关键首先麓可在酮极表面建立超稳定的等离子鞯朦（阴极位降区），否则便不能形成自持放电。但是仅有嬲极位降区，只熊满足一般的辉光放电，不一定能形成空心阴极效应，形成空心阴极放电的另一个条件是黼阴极间必矮毒受辉区黪墼叠，以形藏电子粒振荡瑟提离气体熬离子化搴。因鼗，当乎纷扳间距太小时，运动电子在两极板之间缎少有机会与气体原子发生碰撞而产生稳定麴强缀位降醛，氇不畿产生辉光藏毫。嚣当空黢足寸太丈薅，蠢予受辉送不稳熬叠，电子逸向用极，不程阴极之间产生振荡，也不会形成电流放大作用，因而不能形成黧心阴极放电。气压的升高可使硝摄位降区和受辉区匿缩分离，不稍于空心阴极的点燃。电压豹辨高可使阴极位降区和负辉区扩展，有利于空心阴极的点燃。因此空腔尺寸较大或气压较高时，点燃电聪就要增高。

２。３。２躁篱形空心溺援的点燃条搏

在本实验的条件下，空心阴极点燃的电压、空腔尺寸及气鹾组合曲线如图２．５所涿。峦黧胃觅，在空

腔尺寸不变的条件下，点燃

气压随电压静增大而减小，ｐ３∞Ｐｐ４００ｖ＞Ｐ５００ｖ；在电难不变的情况下，随着孔径的增大，空?＆弱投豹点燃气蘧下降；在同等气压和空腔尺寸豹条释下，电聪越离，蒌｜ｌ空心阴极效应更容易生成。

电愿ｖ对窝心阴极点燃姻影响主要表现在建立稳定的阴极位降区上，这也是形＾

函

Ｖ

醴

好

鬟

蛭

３２

２８

２４

２０

１６

｛２

８

塑２－５瓣篱形空心骥援点燃对空骧足寸与彀送、气愿

的关系

Ｆｉｇｕｒｅ２－５ＴｈｅｌｉｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｓｈａｐｅｄＨＣＤｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｖｏｌｔａｇｅ

或空心弱援效嫩爨关键，否煲｜Ｊ不戆形成叁持教邀。另辨，根据公式犯１】：

《＝暇，曙ｘｌ＋ｙ）／瓴）｝”，（２．１）ｄｃ为阴板缎酶区宽度；ｘｉ为电子漂移率｝‰为阴搬位降区毫聪；ｙ为汤生第二电离系数：如为起始电流密度。可以看出，阴极位降区的宽度是随电压Ｖ的增加呈单调递增憝势。增秀曩啜蹑，可以增穴场强Ｅ，热快骥极空闷内溉子戆运动遽度，有利于空心阴极效应豹生成。对于５ｍｍ＜Ｄ＜３２ｍｍ的阴极管内镪，当电压Ｖ＜１８０Ｖ时，空心阴极无法点燃。

空黢尺寸对空心阴极点燃斡影响主要髂现在受烬区实璇鬃爨翡宽度条传上，空腔尺寸过小则不能满足阴极区宽淡条件，过大刚会使负辉区分离，成为一般的辉光放电，不产生空心阴极效应。

气送黠空。§鬻瑗熹燃熬影璃妻凝集孛在霹气体分子孚骜爨蠢程互熬影穗，莲力过小，气体分子的互过大，电子岛气体分子的碰撞频率减弱，电离率下降，不足以维持斑持放电。泼万太于空腔内径Ｄ时，觅论电压如何增大，都不会产生空心鬻极效应。禳蠢安验，当ｐ＜６．Ｓｐａ对，Ｄ＜３２ｍｍ静蟊篱影毅壤管不会产生空心阴极效廒。

２。３。３平行教空心鞠辍懿臻攀输窭特瞧

孚摇羲辩鬻Ｃ∞）

１（ｔ

孽玉５ｉ喜４

餐

２

图２－６空心阴极输出功率和平行板间距的关

蒸

Ｆｉｇｕｒｅ２－６ＴｈｅＯＵｉ＇ｖｅｏｆｐｏｗｅｒｖｉａｔｈｅ

ｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｐａｒａＵｄｉｎｇｐｌａｎｋＨＣＤ垂窖睡椭褒趣翻∞１０００

羲亳电蒜（￥）

豳２。７平行板空心阴极输出功率和电压的

荧系

Ｆｉｇｕｒｅ２－７ＴｈｅｃｎｆＶｅｏｆｐｏｗｅｒｖｉａｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇｐｌａｎｋＨＣＤ

第２章空心阴极放电特性实验研究

利用空心阴极放电对粉末冶金坯料加热，依赖于正离子对坯料表面的轰击，因而加热功率的大小便取决于离子的密度和能量，亦即放电功率。空心阴极放电时其放电功率的大小首先取决于平行板间距ｄ，试验结果如图２－６所示。

由图中可以看出，在能

够形成空心阴极效应的条件

下，给定Ｐ和Ｖｆ后，放电功率

随ｄ值的增大而大幅度下

降。在本文的试验条件下，

当ｄ为１０ｒａｍ，Ｐ为１２０Ｐａ，

ｖｆ为１０００Ｖ时放电功率可达

１５Ｋｗ，而当ｄ值增大为

６０ｍｍ以上时，放电功率便

降低到１．２Ｋｗ，接近于相同

条件下的异常辉光放电功

率。其结果是由于随ｄ值的

增大，负辉区的重叠减弱，

电子振荡次数减少，气体离

化率降低所造成的。

在空心阴极放电功率

输出特性的影响因素中，除平行板间距ｄ之外，放电电压Ｖｆ和气压Ｐ的作用也十分显著。它们的影响规律如图２．７、图２．８所示。图２．７表明，随着ｖｆ的升高，放电功率呈线性增加，而且在相同气压条件下平行板间距愈小增加幅度愈大。这是由于随着放电电压的升高，阴极位＾

冒

芒

《

ｕ

埘

船

螺

脚

工捧魄摊（瓢）

图２－８平行板空心阴极输出功率和气压的关系

Ｆｉｇｕｒｅ２－８Ｔｈｅｃ１／ｉｗｅｏｆｐｏｗｅｒｖｉａｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆ

ｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇｐｌａｎｋＨＣＤ

电压（ｖ）

图２－９巾＝８．７ｍｍ，Ｌ＝３１．Ｏｍ时电压．电流密度、温度

曲线

Ｆｉｇｕｒｅ２－９Ｔｈｅｅｌ／ｒｙｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖｉａｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｅｙｌｉｎｄｅｒｓｈａｐｅｄＨＣＤ

ｗｈｉｌｅ巾＝８．７ｒｍ，Ｌ＝３１．０ｒｍ

一１５＿

箭

阊

＾

一

ｖ

烧结工艺流程

?烧结工艺流程 烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉(无烟煤)和石灰按一定配比混匀。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。 由于烧结技术具体的作用和应用太广泛了, 以下介绍一下烧结生产在钢铁工业粉矿造块的意义和作用 我国的铁矿石大部分都是贫矿，贫矿直接入炉炼铁是很不合算b，因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后,再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以,粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的关控环节。 富矿的开采过程中要产生粉矿,为了满足高炉的粒度要兔在整较过程中也会产生粉矿,粉矿直接入炉会51起高炉不顺。恶化高炉技术经济指标,因此粉矿也必须经过造块才能入炉。 粉矿经过迭决后，可以进一步控制相改善合铁原料的性肠获得气孔串高、还原性好、强度合适、软熔温度较高、成份稳定的优质冶金原料,有助于炉况的稳定和技术经济指标的改善。

粒矿造块过程中,还可以除去部份有害杂质，如硫、氟、砷、锌等,有利于提高生铁的质量。因为人造富矿比天然富矿更具有优越性,成为了现代商炉原料的主要来源。 粉矿迭块还可综合利用含铁、合被、台钙的粉状工业废料,如高炉炉尘、钢迢、轧钢皮、均热炉渣、硫酸渣、染料铁红、电厂烟尘灰笔适当配入可以成为廉价的高炉好原料,又可以减少环境污染,取得良好的经济效益和社会效益。 粉矿造铁是现代高炉冶炼并获得优质高产的基础,对于高炉冶炼有君十分重要的意义,是钢铁工业生产必不可少的重要工序，对钢铁生产的发展起着重要作用。 1.2粉矿造块的方法 粉矿造块方法很多,主要是烧结矿和球团矿。此外，还有压制方团矿、辊压团矿、蒸养球团t碳酸化球团,其成球方式和固结方法与球团矿不同，还有小球烧结,国外称为HPs球团化挠结矿，界于球团和烧结之间；还有铁焦生产，是炼焦和粉矿造块相结合。 球团矿的焙烧方法主要乞竖队带式焙烷仇链蓖机—回转窃。目前地方小铁厂还有平地堆烷的。 烧结方法主要有吹风烧结法和抽风烧结法两大类。吹风烧结有平地堆挠、饶结识、挠结盘，抽风烧结有路式侥结、艰面步进式烧绍机、带式烧结机、环形挠结机电即日本矢作式)。 国内外苫遍采用的是常式抽风烧结机,在我国地方小铁广还有相当一部分用平地吹风堆烧和箱式抽风烧结。比外，还有回转窑浇结法、悬浮烧结法。 所谓“烧结”就是指粉状物料加热到熔点以下而粘结成固体的现象. 烧结过程简单来说,就是把品位满足要求，但粒度却不满足的精矿与其他辅助原料混合后在烧结机上点火燃烧,重新造块,以满足高炉的要求。点火器就是使混合料在烧结机上燃烧的关键设备，控制好点火器的温度、负压等,混合料才能成为合格的烧结成品矿。 烧结的主要体系是,配料,混料,看火等。看火的经验:看火主要控制的三点温度是;点火温度,终点温度,和总管废气温度。一般来说把终点温度控制在倒数第２号风箱的温度。 铁矿粉造块 铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。 铁矿粉造块的目的： ◆综合利用资源,扩大炼铁用的原料种类。 ◆去除有害杂质,回收有益元素,保护环境。 ◆改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。 一、铁矿粉烧结生产

放电等离子烧结技术详解

放电等离子烧结技术详解 [导读]放电等离子烧结(SPS)，又称等离子活化烧结或等离子辅助烧结，是近年发展起来的一种快速、节能、环保的材料制备加工新技术，可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间复合材料等一系列新型材料的烧结。 一、放电等离子烧结技术的特点 SPS的主要特点是利用加热和表面活化实现材料的超快速致密化烧结，其具有升温速度快、烧结时间短、烧结温度低、加热均匀、生产效率高、节约能源等优点，除此之外由于等离子体的活化和快速升温烧结的综合作用，抑制了晶粒的长大，保持了原始颗粒的微观结构，从而在本质上提高了烧结体的性能，并使得最终的产品具有组织细小均匀、能保持原材料的自然状态、致密度高等特点，与热压烧结和热等静压烧结相比，SPS装置操作简单。 二、放电等离子烧结技术的烧结机理 SPS是集等离子活化、热压和电阻加热为一体的烧结技术。对于SPS的烧结机理，一般认为，SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外，还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压，并有效利用了粉体颗粒间放电产生的表面活化作用和自发热作用，因而产生了SPS过程所特有的有益于烧结的现象。

施加直流开关脉冲电流的作用 SPS烧结系统主要由轴向压力装置、水冷冲头电极、真空腔体、气氛控制系统、直流脉冲及冷却水、位移测量、温度测量和安全控制单元等几部分组成；其中最主要的是通-断脉冲电源，通过通-断脉冲电源可以产生放电等离子体、焦耳热、放电冲击压和电场辅助扩散效应。

离子烧结设备结构示意图 三、放电等离子烧结技术的应用 SPS烧结升温速度快，烧结时间短，既可以用于低温、高压（500~1000MPa），又可以用于低压（20~30MPa）、高温（1000~2000℃）的烧结，因此可广泛的应用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结。

烧结砖厂生产整个过程及原理

烧结砖厂生产工艺流程及原理 烧结砖生产工艺过程总的来讲有原料的制备、坯体成型、湿坯干燥和成品培烧四部分组成。各部分的重要性总的概括起来说,原料是根本，成型是基础，干燥是保证，焙烧是关键。这四部分是互相依存关系。 页岩→皮带机配内燃料→锤式破碎机破碎→笼筛筛分→双轴搅拌机搅拌→陈化库陈化→双轴搅拌机搅拌(两级）→真空挤砖机挤出成型→切条→切坯→分坯→机械码窑车→回车线自然干燥→隧道窑干燥焙烧→成品出窑→成品堆场。 一、原材料 (一) 原料化学成份 评价某种物料是否能生产出烧结砖,其主要取决于它的物理性能，而化学成份对制品的性能具有间接的影响。在判断原料性能时,化学的成份分析可以作为判断的参考依据。化学分析通常测定二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化 （二氧化硅)是烧结砖原料中的主要成份，钙、氧化镁、硫矸和烧失量等。SiO ２ 含量在55～70%之间,超过此含量时,原料的塑性大为降低制品的强度极限。Aｌ O３（三氧化二铝）在制品原料中的含量以１0~20%为宜，低于１０%时制品的2 力学强度降低，高于２0％时，虽然制品强度较高,但烧成温度也高，耗煤量加大,并使制品的颜色变淡。Ｆｅ2O3（三氧化二铁）是制砖原料中的着色剂,一般含量为3～10%为宜，含量过高时会降低制品的耐火度。CaO(氧化钙)在原料中的石灰石(CaCO3）的形成出现,是一种有害物质，含量不宜超过10％,如含量过高时将缩小烧结温度的范围。当氧化钙含量大于15％时，烧结范围将缩小25℃,给焙烧操作造成困难,其颗粒较大于2ｍm时更易形成酥砖或引起制品爆裂,可导致坯体严重变形，如吸潮、松解、粉化等。MgO(氧化镁）原料中的含量不超过３%,越少越好,其化合物如硫酸镁在制品中会产生一种白色的泛霜，影响产品的质量。SO3(硫矸）在原料中的含量一般不超过1%,越少越好。硫矸在焙烧过程中的逸出,使制品发生膨胀和产生气泡的原因。其它的含硫物也对制品有害,如硫酸钙引起制品泛白和起霜，硫酸镁能引起制品泛霜和膨胀。 (二)原料物理性能 原料物理性能测试时,通常测定颗粒组成、可塑性、收缩率、干燥敏感性，烧结性等项目名称。 1、颗粒组成：原料的颗粒组成就是不同角度的颗粒在制砖原料中含量的数量化。原料颗粒的组成直接影响制砖的可塑性、收缩率和烧结性等性能影响很大,

放电等离子烧结系统(SPS)

粉末冶金研究先进设备-放电等离子烧结系统（SPS） 随着高新技术产业的发展， 放电等离子烧结系统（SPS） 新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。 国内外SPS的发展与应用状况 SPS技术是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因此在有的文献上也被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。 1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广使用。1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10～100t 的烧结压力和脉冲电流5000～8000A。最近又研制出压力达500t，脉冲电流为25000A的大型SPS装置。由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，并利用SPS进行新材料的研究和开发[3]。1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作[4]。 国内近三年也开展了用SPS技术制备新材料的研究工作[1,3]，引进了数台SPS 烧结系统，主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作为一种材料制备的全新技术，已引起了国内外的广泛重视。 SPS的烧结原理

烧结工艺流程

烧结工艺流程 烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰按一定配比混匀。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。 由于烧结技术具体的作用和应用太广泛了, 以下介绍一下烧结生产在钢铁工业粉矿造块的意义和作用 我国的铁矿石大部分都是贫矿，贫矿直接入炉炼铁是很不合算b，因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后，再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以，粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的关控环节。 富矿的开采过程中要产生粉矿，为了满足高炉的粒度要兔在整较过程中也会产生粉矿，粉矿直接入炉会51起高炉不顺。恶化高炉技术经济指标，因此粉矿也必须经过造块才能入炉。 粉矿经过迭决后，可以进一步控制相改善合铁原料的性肠获得气孔串高、还原性好、强度合适、软熔温度较高、成份稳定的优质冶金原料，有助于炉况的稳定和技术经济指标的改

善。粒矿造块过程中，还可以除去部份有害杂质，如硫、氟、砷、锌等，有利于提高生铁的质量。因为人造富矿比天然富矿更具有优越性，成为了现代商炉原料的主要来源。 粉矿迭块还可综合利用含铁、合被、台钙的粉状工业废料，如高炉炉尘、钢迢、轧钢皮、均热炉渣、硫酸渣、染料铁红、电厂烟尘灰笔适当配入可以成为廉价的高炉好原料，又可以减少环境污染，取得良好的经济效益和社会效益。 粉矿造铁是现代高炉冶炼并获得优质高产的基础，对于高炉冶炼有君十分重要的意义，是钢铁工业生产必不可少的重要工序，对钢铁生产的发展起着重要作用。 1．2 粉矿造块的方法 粉矿造块方法很多，主要是烧结矿和球团矿。此外，还有压制方团矿、辊压团矿、蒸养球团t碳酸化球团，其成球方式和固结方法与球团矿不同，还有小球烧结，国外称为HPs球团化挠结矿，界于球团和烧结之间；还有铁焦生产，是炼焦和粉矿造块相结合。 球团矿的焙烧方法主要乞竖队带式焙烷仇链蓖机—回转窃。目前地方小铁厂还有平地堆烷的。 烧结方法主要有吹风烧结法和抽风烧结法两大类。吹风烧结有平地堆挠、饶结识、挠结盘，抽风烧结有路式侥结、艰面步进式烧绍机、带式烧结机、环形挠结机电即日本矢作式)。 国内外苫遍采用的是常式抽风烧结机，在我国地方小铁广还有相当一部分用平地吹风堆烧和箱式抽风烧结。比外，还有回转窑浇结法、悬浮烧结法。 所谓“烧结”就是指粉状物料加热到熔点以下而粘结成固体的现象. 烧结过程简单来说，就是把品位满足要求，但粒度却不满足的精矿与其他辅助原料混合后在烧结机上点火燃烧，重新造块，以满足高炉的要求。点火器就是使混合料在烧结机上燃烧的关键设备，控制好点火器的温度、负压等，混合料才能成为合格的烧结成品矿。 烧结的主要体系是,配料,混料,看火等。看火的经验:看火主要控制的三点温度是;点火温度,终点温度,和总管废气温度。一般来说把终点温度控制在倒数第2号风箱的温度。 铁矿粉造块 铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。 铁矿粉造块的目的： ◆综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类。 ◆去除有害杂质，回收有益元素，保护环境。 ◆改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。 一、铁矿粉烧结生产

镍产品种类及生产工艺

镍工业产品种类及其生产工艺与市场需求分析 镍由于具有良好的机械强度、延展性和很高的化学稳定性而广泛应用于不锈钢、电镀、电池、化工等领域，基本涵盖了从民用产品到航天航空、导弹、潜艇、原子能反应堆等各个行业，成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。由于镍矿石和精矿具有品位低、成分复杂、伴生脉石多、属难熔物料等特点，因而使镍的生产方法比较复杂。根据矿石的种类、品味和用户要求的不同，可以生产多种不同形态的产品。通常有纯金属镍、工业镍（普通镍）、烧结氧化镍、镍铁合金、镍的盐类产品以及少量的特殊制品如泡沫镍、镍纤维、镍箔等。在纯金属镍中又有电解镍、粉末镍、镍丸、镍块等。目前世界镍产品的大致结构比例如表1所示。 表1. 世界镍产品的结构比例 产品种类电解镍镍粉、镍丸工业镍镍铁合金氧化镍镍盐及其它 比例/% 40 19 9 24 7 1 镍主要以合金元素的方式用于生产不锈钢、高温合金钢、高性能特种合金和镍基喷镀材料；镍钴合金是重要的磁性材料，镍基合金用于制造喷气机涡轮、发电涡轮机、轧钢机的轧辊；镍盐和镍的深加工产品广泛用于石油催化剂、充电电池等。上述产品与市场需求、生产原料、生产的工艺和技术紧密联系。随着市场需求的变化，生产原料的改变以及工艺技术的进步，这些产品所占的比例会发生较大的变化。预计在未来5年内随氧化镍处理量的扩大，镍块、镍粉、镍丸、烧结氧化镍、镍铁合金等产品的比例会发生较大的变化。 一、电解镍 电解镍产品具有纯度高、杂质含量低、熔点高、抗腐蚀性强，在冷、热状态下，压力加工等机械性能良好，同时还具有特殊物理性能：磁性、磁伸、缩性、高的电真空性能等特点，因而在工业上得到广泛应用。电解镍的生产原料目前主要来自陆地的硫化镍矿和氧化镍矿。根据原料的不同，电解工艺也不尽相同。针对硫化镍矿，主要有硫酸选择性浸出-黑镍除钴-电解沉积法，磨浮-硫化镍电解精炼法，这是我国镍冶金目前采用的最典型的两种工艺流程，如图1所示。其他还有氯化浸出-电解沉积法等。

放电等离子体烧结技术(SPS)

放电等离子体烧结技术（SPS） 一、S PS合成技术的发展 ?最初实现放电产生“等离子体”的人是以发现电磁感应法则而知名的法拉第（M.Farady），他最早发现在低压气体中放电可以分别观测到相当大的发光区域和不发光的暗区。 ?https://www.wendangku.net/doc/4e6305180.html,ngmuir又进一步对低压气体放电形成的发光区，即阳光柱深入研究，发现其中电子和正离子的电荷密度差不多相等，是电中性的，电子、离子基团作与其能量状态对应的振动。他在其发表的论文中，首次称这种阳光柱的状态为“等离子体”。 等离子体特效图 ?1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。 ?SPS技术的推广应用是从上个世纪80年代末期开始的。 ?1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广应用。 ?1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10~100t 的烧结压力和5000~8000A脉冲电流，其优良的烧结特性，大大促进了新材料的开发。 ?1996年，日本组织了产学官联合的SPS研讨会，并每年召开一次。 ?由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，应用金属、陶瓷、复合材料及功能材料的制备，并利用SPS进行新材料的开发和研究。 ?1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷登材料进行了较多的研究工作。 ?目前全世界共有SPS装置100多台。如日本东北大学、大阪大学、美国加利福尼亚大学、瑞典斯德哥尔摩大学、新加坡南洋理工大学等大学及科研机构相继购置了SPS系统。 ?我国近几年也开展了利用SPS技术制备新材料的研究工作，引进了数台SPS烧结系统，主要用于纳米材料和陶瓷材料的烧结合成。 ?最早在1979年，我国钢铁研究总院自主研发制造了国内第一台电火花烧结机，用以批量生产金属陶瓷模具，产生了良好的社会经济效益。 ?2000年6月武汉理工大学购置了国内首台SPS装置（日本住友石炭矿业株式会社生产，SPS-1050）。 ?随后上海硅酸盐研究所、清华大学、北京工业大学和武汉大学等高校及科研机构也相继引进了SPS装置，用来进行相关的科学研究。 ?SPS作为一种材料制备的全新技术，已引起了国内外的广泛重视。 ?2006年，国内真空电炉生产企业开始研制国产SPS烧结系统。经过我国科研人员，国产SPS于2009年研制出第一台国产SPS烧结系统，在我国高校和科研机构得到应用且取得了较好的效果。 二、S PS合成技术原理 1、等离子体

放电等离子烧结技术的发展和应用

放电等离子烧结技术的发展和应用 1 前言 随着高新技术产业的发展, 新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结(Spark PlasmaSintering ,简称SPS )是制备功能材料的一种全新技术,它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料,也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。 2国内外SPS的发展与应用状况 SPS技术是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因此在有的文献上也被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结(plasmaact ivatedsintering - PAS 或plasma -assiste dsintering - PAS )[1,2]。早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理,但是直到1965 年,脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推

广应用。1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10?100 t的烧结压力和脉冲电流5000?8000 A。最近又研制出压力达500 t，脉冲电流为25000 A的大型SPS装置。由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统,并利用SPS进行新材料的研究和开发[3]。1998年瑞典购进SPS烧结系统,对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作[4]。 国内近三年也开展了用SPS技术制备新材料的研究工作[1,3],引进了数台SPS烧结系统，主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料[5?8]。SPS作为一种材料制备的全新技术,已引起了国内外的广泛重视。 3SPS的烧结原理 31 等离子体和等离子加工技术[9,10] SPS是利用放电等离子体进行烧结的。等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物质状态,是除固态、液态和气态以外,物质的第四种状态。等离子体是电离气体,由大量正负带电粒子和中性粒子组成,并表现出集体行为的一种准中性气体。 等离子体是解离的高温导电气体,可提供反应活性高的状态。等离子体温度4000?10999 C，其气态分子和原子处在高度活化状态，而且等离子气体内 离子化程度很高,这些性质使得等离子体成为一种非常重要的材料制备和加 工技术。

放电等离子烧结

放电等离子烧结的机理与应用 李崴20080403B013 海南大学材料与化工学院 摘要：放电等离子体烧结（SPS）一种用于材料烧结致密化的新技术，作为一种快速烧结方式，近年来被广泛研究与应用。本文针对SPS的发展概况，工作机理以及研究应用进行了简单介绍。 关键词：放电等离子烧结，发展，机理，应用 0引言 放电等离子烧结(SPS)是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体，因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点。该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程，对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义，在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性，现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料的制备。目前国内外许多大学和科研机构利用SPS进行新材料的研究与开发，并对其烧结机理与特点进行深入研究与探索，尤其是其快速升温的特点，可作为制备纳米块体材料的有效手段，因而引起材料学界的特别关注。本文将对SPS技术有关的机理和部分应用予以介绍和讨论。 1.SPS的发展概况 放电等离子烧结技术，20世纪30年代美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理。1965年，脉冲电流烧结技术在美、日等国得到应用。1968年该技术被称为电火花烧结技术日本获得了专利，但未能解决该技术存在的生产效率低等问题，并没有得到推广应用。1979年我国钢铁研究总院高一平等自主开发研制了国内第一台电火花烧结机，用以批量生产金属陶瓷模具，产生了显著的社会经济效益，并出版了《电火花烧结技术》一书。1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并推广应用于新材料研究领域。1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS 第三代产品，具有10-100t的烧结压力和5000-8000A的脉冲电流。1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作。我国从2000年起，武汉理工大学、北京工业大学、清华大学、北京科技大学、中科院上海硅酸盐所等单位也相继引进了日本制造的SPS设备，开展了用SPS技术制备新材料的研究工作，主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料。SPS作为一种材料制备的全新技术，已引起了国内外材料界的特别关注。 2.SPS系统的结构 目前使用的SPS系统主要是日本制造的由3部分组成(图1)：①产生单轴向压力的装置和烧结模，压力装置可根据烧结材料的不同施加不同的压力；②脉冲电流发生器，用来产生等离子体对材料进行活化处理；③电阻加热设备。SPS与热压(HP)烧结有相似之处，但加热方式完全不同，它是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法，通过调节脉冲直流电的大小控制升温速率和烧结温度。整个烧结过程可在真空环境下进行，也可在保护气氛中进行，烧结过程中，脉冲

烧结作业区工艺流程图

烧结作业区管理流程图 一、管理步骤 来料验收-----卸车储备－－---混匀布料、混匀供料-－--－烧结生产 二、流程图 1、验收 2、储备 3、混匀布料、供料工艺 ａ、铁料

4、烧结工艺 白灰窑

现作业区以创建“书香型”作业区、全力打造视觉文化为目标，提出“科学管理、管理科学”的全新理念，统筹安排生产工作,坚持纵向贯通、横向协同的管理思路,加强生产协调的核心作用,控制好各生产工序的稳定,服务好其它作业区的保供、做到各工序间的无缝连接,保证产品质量，并与先进行业指标对标挖潜,寻找差距、降低成本、创新工艺、提升产品质量。打造烧结先进的指标,构建和谐顺畅的生产流程，使烧结机利用系数突破１.30 t/㎡·h已达１.482t/㎡·h,年产量163万吨，且各项指标都在接近全国最高指标水平，基本满足高炉正常生产。 先将各流程做一简单的介绍： 1、从PＬ-2皮带把混匀矿打到配料室１#、2#、3#、４#铁料仓；

2、从白灰窑把－３mｍ粒级大于8５％以上的生石灰通过手动葫芦吊打入配 料室1１#生石灰仓; 3、通过PL-６皮带将-3mm粒级大于85%的石灰石打入配料室９#、10＃仓； 4、通过ＰＬ-３皮带将-３mm粒级在80%-85%的焦粉打入配料室7#、8＃仓； 5、按正常配比将混匀矿、焦粉、石灰石、生石灰、烧结返矿通过ＰＬ-12、 Z4-1、H-1运输到一次混合机里面,在混合机加水、混匀通过ZL－1皮带运输到制粒机，在制粒机配加蒸汽以提高料温;物料(混合料)在制粒机里面混匀制粒６分钟通过Ｚ5-1、Ｓ-１皮带,在通过梭布小车均匀布料到烧结小矿槽。 6、在烧结机上先布一层粒级10－２０mm的烧结矿10mm作为底料，混合料 在通过圆辊及六辊布料到烧结机,料层布到６50mm,在通过圧料器把料通过点火器点火烧结。 7、混合料在烧结机上烧结50分钟左右，通过单齿辊破碎到环冷机，在环冷 机冷却１个小时左右，通过Z６-1、LＳ-１在成品筛分室通过振动筛将-5ｍm烧结返矿通过Ｚ２－1、ＰL-9、PL-1０皮带运输到配料室5#、6＃仓内;将1０-２0mm烧结矿通过Ｚ5－2、Ｚ7-1、S-２皮带打到底料仓;将大于２0mm粒级烧结矿通过Z8-1输送到高炉 8、在烧结上料之前先开启机头、机尾电场及主抽风机。

国内外最新镍铁生产工艺介绍

国内外最新镍铁生产工艺介绍 根据红土镍矿成分的不同，镍生产厂可以选择不同的冶炼工艺。中国目前还没有一座大型镍铁生产工厂，为了少走弯路可以引进国外成熟的先进技术，在中国国内制造全部设备，以较少的投资，在最短的时间内，选择适宜的沿海地区建设一座大型镍铁生产厂。为此，比较详细的介绍了乌克兰帕布什镍厂的火法冶炼镍铁的工艺流程和生产指标。文章还介绍了在镍铁精炼车间，直接冶炼300系列不锈钢工艺的开发。 1. 开发利用海外镍资源满足中国日益增长的镍需求： 尽管中国镍资源的开发与利用近年来得到了快速的发展，但是，发展的速度远远跟不上冶金等行业对镍需求增长的速度。近几年，中国精炼镍产量在8万吨左右，受到资源的限制，短时间内不大可能快速增长。合资在国外开发镍矿、建设镍生产厂的几个项目虽然已经签约，但是项目产能有限、实施还需要时间。目前中国镍的年消费量已经快速的增加到1 4.6万吨，中国已经成为仅次于日本的世界第二大镍消费国，是近年来全球镍消费增长最快的国家。随着国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，不锈钢的消费量将上升，这将导致镍的需求量增长的速度大大超过目前可以预期的镍的产出量的增长速度。有色金属工业协会预计到2010年，中国镍消费量将达到24万吨。 近年来，为了保证国民经济发展对镍的需求，中冶、五矿、太钢、宝钢等大企业实施“走出去”的发展战略，参与海外镍矿资源的开发，这将对中国镍的稳定供应发挥重要作用。中国的一些民营企业，也积极进行开发利用海外镍资源的探索，取得进展。利用红土镍矿生产的低镍含量的生铁已经广泛的用于200系列不锈钢的冶炼。 目前中国镍冶炼工艺基本上处于以电解镍为主的单一产品的局面。研究开发利用红土型镍矿，生产镍铁的技术是必要的。红土型镍矿用来生产镍铁在经济上合理，没有必要一定要

烧结砖生产工艺流程

烧结砖生产工艺流程 煤矸石、页岩、粘土、粉煤灰、江河淤泥、工业尾矿等新型制砖原料经汽车运输至原料场防雨堆存，根据原料的软硬程度及含水率不同，将以上制砖原料公为软质原料和硬质原料。为使生产工艺科学合理。不同制砖原料采用不同的原料破碎处理工艺，以达到最佳的破碎效果。 软质原料由装载机送入箱式给（ji）料机均匀定量配比，经皮带输送机送入齿辊或对辊机粗碎，然后进入对辊机主碎，最后进入细碎对辊机细碎，以达到制砖原料工艺要求。软质原料因质地软、塑性好、含水率偏高，通常采用三道对辊破碎的处理工艺，该破碎方式适用于粘土、软质页岩及泥质煤矸石等原料处理。硬质原料由装载机经颚式破碎机粗碎，进入链板式给料机均匀定量配比，由皮带输送机送入锤式破碎机进行细碎，再进入圆滚筛或振动筛进行筛选，筛下料直接进入下道工序，未达到工艺要求的筛上料再返回锤式破碎机破碎。硬质原料通常采用破碎机加筛选的处理工艺。该破碎方式适用于含水率及塑性偏低、质地较硬的原料处理。根据投资情况和制品要求，也可以采用粗碎加细碎两道对辊机或轮碾机取代筛选工序的方式进行破碎处理，比较先进的生产线大多采取此种方式。无论采用哪一种破碎处理工艺，都要与原料的特性相吻合，确保工艺设备的科学配套，

以达到原料优化处理的目的，使原料在整个破碎处理过程中达到预期的工艺粒度要求。 通过细碎处理后的制砖原料掺配定量的原煤或煤矸石等内燃料进入双轴搅拌机适量加水混合搅拌后，经由皮带输送机送到陈化库的可逆皮带机上均匀对陈化库进行布料，使原料中的水份有足够的时间进行渗透交换，并软化原料，进一步提高原料的均匀性和液塑性等综合性能指标，更利于原料挤出成型，减少设备磨损，降低能耗等。同时陈化库也起着中转储存的作用，将原料处理系统和砖坯成型系统分离，减少挤出机的频繁停机，提高设备工作性能及生产能力，延长设备使用寿命。陈化库环境是个相对封闭的空间，避免了原料与室外空气长时间接触而受气压、气温、风速、湿度等因素的影响失去了原料陈化的作用及目的。经过陈化处理的原料经过多斗挖土机均匀取料经皮带输送机进入箱式给料机均匀定量供料进入下一道工序。陈化库采用可逆皮带机均匀布料、多斗挖土机均匀取料、箱式给料机均匀供料的三均匀工艺，投资合理，机械化程度高，原料的匀化处理好，经陈化后的原料其综合性能指数会得到较大提高，更适用于各种原料烧结制砖的生产需要，保证了产品质量，可根据生产要求灵活处理，为生产各种新型墙材烧结制品创造了必要条件。 陈化后的原料再次进入辊式细碎机碾练把关，进入双轴

烧结生产工艺流程1(20200523204223)

烧结工艺流程 一、我厂烧结机概况： 我厂90M2带式抽风机是有鞍山冶金设计研究总院设计。设计利用系数为 1.57t/m·h。（设备能力为 2.0 t/m·h）作业率90.4%，年产烧结矿224万吨。产品 为冷烧结矿；温度小于120℃；粒度5—150mm；0—5mm粉末含量小于5%； TFe55%；FeO小于10%；碱度2.0倍。配料采用自动重量配料强化制粒烧结工艺。 厚料层烧结、环式鼓风冷却机冷却烧结矿。冷烧结矿经整粒筛分；分出冷返矿及 烧结机铺底料和成品烧结矿。选用了高效主抽风机等节能设备，电器控制及自动 化达到国内同类厂先进水平，采用以PLC为核心的EIC控制系统，构成仪电合一的计算机控制系统。仪表选用性能良好的电动单元组合仪表智能型数字显示仪表 等，对生产过程的参数进行指示；记录；控制；自动调节，对原料成品及能源进 行计量，在环境保护方面采用静电除尘器，排放浓度小于100mg/m3，生产水循环使用，实现全厂污水零排放。采取多项措施对薄弱环节设备采用加强型及便于检 修的设备，关键部位设电动桥式吊车，有储存时间8小时的成品矿槽以提高烧结机作业率，使烧结和高炉生产互不影响。 二、什么叫烧结工艺： 烧结工艺就是按高炉冶炼的要求把准备好的铁矿粉、熔剂、燃料及代用品，按一定比例经配料、混料、加水润滑湿。再制粒、布料点火、 借助风机的作用，使铁矿粉在一定的高温作用下，部分颗粒表面发生软 化和熔化，产生一定的液相，并与其他末熔矿石颗粒作用，冷却后，液相将矿粉颗粒粘成块这个过程为烧结工艺。 三．烧结的方法 按照烧结设备和供风方式的不同烧结方法可分为：1）鼓风烧结如：

烧结锅、平地吹；2）抽风烧结：①连续式如带式烧结机和环式烧结机 等；②间歇式如固定式烧结机有盘式烧结机和箱式烧结机，移动式烧结 机有步进式烧结机；3）在烟气中烧结如回转窑烧结和悬浮烧结。 四．烧结矿的种类： CaO/SiO2小于1为非自熔性烧结矿；碱度为1-1.5是自熔性烧结. 矿碱度为 1.5~2.5是高碱度烧结矿；大于 2.5是超高或熔剂性烧结矿。 五. 烧结的意义 通过烧结可为高炉提供化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能高的 优质烧结矿，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造了良好的条件；可以去除有害杂 质如硫、锌等；可利用工业生产的废弃物，如高炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣、钢渣等； 可回收有色金属和稀有稀土金属。 六.烧结工艺流程的组成 （1）含铁原料、燃料和熔剂的接受和贮存；（2）原料、燃料和熔剂的破碎 筛分；（3）烧结料的配料、混合、制粒、布料、点火和烧结；（4）烧结矿的破碎、筛分、冷却和整粒。 七.烧结原料 1.含铁原料主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿，铁矿粉是烧结生产的 主要原料，它的物理化学性质对烧结矿质量的影响最大。要求铁矿粉品位高、成分 稳定、杂质少、脉石成分适于造渣，粒度适宜、精矿水分大于12%时影响配料准确性，不宜混合均匀。粉矿粒度要求控制在8mm以下便于烧结矿质量提高，褐铁矿、菱铁矿的精矿或粉矿烧结时要考虑结晶水、二氧化碳的烧损（一般褐铁矿烧损 9~15%，收缩8%左右，菱铁矿烧损17~36%，收缩10%。） 2.烧结熔剂按其性质可分为碱性熔剂、中性熔剂（Al2O3）和酸性熔剂（石英、蛇绞石等）三类，烧结常用碱性熔剂有石灰石（CaCO3）消石灰（Ca(OH)2）生石灰

镍铁生产工艺简述

镍铁生产工艺简述（大全） 6.1 回转窑一矿热炉工艺(简称RKEF) RKEF工艺生产镍铁是目前发展较快的红土镍矿处理工艺。其工艺成熟、设备简单易控、生产效率高。不足是需消耗大量冶金焦和电能，能耗大、生产成本高、熔炼过程渣量过多、熔炼温度(1500℃左右)较高、有粉尘污染等。而且，矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大，矿石镍品位每降低0.1%，生产成本大约增加3～4%。 RKEF工艺流程为：矿石配料——回转窑干燥——回转窑焙烧——炉熔炼粗镍铁——LF炉精炼(或机械搅拌脱硫)——精制镍铁水淬——产出合格镍铁粒。 巴西淡水河谷公司于2006年8月在帕拉(PARA)州开工建设奥卡普马（OncaPuma）镍铁项目，该项目采用RKEF工艺处理红土镍矿生产镍铁，由德玛克公司设计。项目配置2条Φ4.6×45m干燥窑、2条Φ6×135 m回转窑、2台120000 kVA 矩型矿热炉（目前世界最大功率），年产合金22万吨(品位25%)，镍5.2万吨。 国内RKEF工艺处理红土镍矿近几年也向大型化发展。青山集团投资建设的福安鼎信镍铁公司，由中国恩菲工程技术有限公司设计，项目采用2条Φ5×40 m 干燥窑、4条Φ4.8×100 m回转窑、4台33000 KVA圆型矿热炉，年产镍2万吨。两条线于2010年6月投产，到目前为止，生产稳定、指标良好，成本国内最低，是国内最早采用大型矩形矿热电炉生产镍铁的RKEF工艺的典范。该公司又在广东阳江建设2台60000 kVA圆形矿热电炉，已投产。该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土 矿A型、中间型红土矿C 1、C 2 型。且Ni品位>1.6%，最好1.8%，这样有利于节约生 产成本。 6.2 回转窑一磁选 回转窑——磁选工艺又名直接还原工艺，目前世界上采用此工艺的只有日本冶金公司大江山冶炼厂。主要工艺过程为原矿磨细与粉煤混合制团，团矿在回转窑中经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿再磨细，矿浆进行重选和磁选分离得到镍铁合金产品。此产品不管含硫多高均适用于AOD炼钢过程，因为AOD法有很好的脱硫能力。 该工艺被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法，其最大特点是生产成本低，能耗中85%能源由煤提供，吨矿耗煤160～180 kg。而电炉熔炼镍铁工艺

高炉、烧结、球团工艺流程

炼铁工艺是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例装入高炉，并由热风炉向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧，原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降。在炉料下降和煤气上升过程中，先后发生传热、还原、溶化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的溶剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气、炉渣两种副产品，高炉渣水淬后全部作为水泥生产原料。 高炉是用焦炭、铁矿石和熔剂炼铁的一种竖式的反应炉（如图2-3）。高炉是一个竖立的圆筒形炉子，其内部工作空间的形状称为高炉内型，即通过高炉中心线的剖面轮廓。现代高炉内型一般由圆柱体和截头圆锥体组成，由下而上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段。由于高炉炼铁是在高温下进行的，所以它的工作空间是用耐火材料围砌而成，外面再用钢板作炉壳。 1-炉底耐火材料； 2-炉壳； 3-生产后炉内砖衬侵蚀线； 4-炉喉钢砖； 5-煤气导出管； 6-炉体夸衬； 7-带凸台镶砖冷却壁； 8-镶砖冷却壁； 9-炉底碳砖； 10-炉底水冷管；

11-光面冷却壁； 12-耐热基墩； 13-基座 l图2-3 高炉的结构 在高炉炉顶设有装料装置，通过它将冶炼用的炉料（由焦炭和矿石按一定比例组成）按批装入炉内。在高炉下部炉缸的上沿，沿圆周均匀地布置了若干个风口（100m3小高炉有 8-10个，4000m3以上的大高炉则有36-42 个）。加热到1000℃

以上的热风，经铜质水冷风口送入炉内，供焦炭燃烧形成高温煤气。在炉缸的底部设有铁口，可周期性或连续性地排放出液态生铁和炉渣。在风口和铁口之间还设有渣口以排放部分炉渣，减轻铁口负担。 l现代高炉采用优质耐火材料，例如炉底、炉缸部位用微碳孔碳砖，炉身下部和炉腰部位用铝碳砖或碳化硅砖，其它部位用优质高铝砖和高致密度的粘土砖等作炉衬。炉壳用含锰的高强度低合金钢制作，安装有性能好的含铬耐热铸铁、球墨铸铁或铜质立式冷却器，或铜质的卧式冷却器。 l4 工艺流程： 高炉冶炼过程是一个连续的生产过程，全过程是在炉料自上而下，煤气自下而上的相互接触过程中完成的。如图2-4所示。 l炉料从受料斗进入炉腔。在高炉底部的炉缸和炉腹中装满焦炭。炉腰和炉身中则是铁矿石、焦炭和石灰石，层层相间，一直装到炉喉。 l从风口鼓入的热风温度高达1000-1300℃，炉料中焦炭在风口前燃烧，迅速产生大量的热，使风口附近炉腔中心温度高达1800℃以上。 l由于底部焦炭很厚，燃烧不完全，因此，炉气中存在大量CO气体，在炉内造成了良好的还原性气氛，产生的CO气体在炉体中上升。同时，由于下部的焦炭燃烧产生空隙，上面的焦炭、矿石和熔剂在炉体内缓慢下降，速度大约为 0.5-1mm/s。炽热的CO气体在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料，并把铁矿石中铁氧化物还原为金属铁，铁矿石在570-1200℃之间受到CO气体和红热焦炭的还原，形成了海绵铁。海绵铁在1000-1100℃的高温下溶入大量的碳，因而铁的熔点下降，形成了生铁。生铁的熔点约为1200℃，以液体状态滴入炉缸。矿石中未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。最后调整铁液的成分和温度达到终点，定期从炉内排入炉渣和生铁。上升的高炉煤气流，由于将能量传给炉料而温度不断下降，最终形成高炉煤气从炉顶导出管排出。

放电等离子烧结(sps)

SPS 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。 1 前言 随着高新技术产业的发展，新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。 2 国内外SPS的发展与应用状况 SPS技术是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因此在有的文献上也被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。 1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广使用。1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10～100t 的烧结压力和脉冲电流5000～8000A。最近又研制出压力达500t，脉冲电流为25000A的大型SPS装置。由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，并利用SPS进行新材料的研究和开发[3]。1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作[4]。 国内近三年也开展了用SPS技术制备新材料的研究工作[1,3]，引进了数台SPS烧结系统，主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作为一种材料制备的全新技术，已引起了国内外的广泛重视。 3 SPS的烧结原理 3.1 等离子体和等离子加工技术[9，10] SPS是利用放电等离子体进行烧结的。等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物质状态，是除固态、液态和气态以外，物质的第四种状态。等离子体是电离气体，由大量正负带电粒子和中性粒子组成，并表现出集体性为的一种准中性气体。

SPS放电等离子体烧结系统

SPS放电等离子体烧结系统 技术要求： 1.工作条件 1.1湿度:80%； 1.2温度:15-30℃； 1.3电源:3相380V50/60Hz±10%； 2.主要要求和功能 SPS放电等离子体烧结系统要求完全一箱式结构，将烧结主机、特殊直流脉冲变频电源、真空系统、数字伺服加压系统、操作控制柜等一体集成，各部件间无线路裸露连接确保操作安全；其功能是对装在烧结模具（以石墨模具为主）内的粉末材料直接通入脉冲直流强电流，利用粉末自身的电阻发热，磁场与电场效应，达到激活材料粉体并升温烧结的效果,被广泛应用于各种金属材料、陶瓷材料、纳米材料、梯度功能材料、复合材料、非晶材料、金属间化合物、金属玻璃、电子材料等新材料和尖端材料的研发； 3.技术参数 3.1SPS放电等离子体烧结炉主机及加压系统； 3.1.1结构：一箱式结构，将烧结主机、特殊直流脉冲变频电源、真空系统、数字伺服加压系统、操作控制柜等一体集成，各部件间无线路裸露连接确保操作安全；； 3.1.2压力系统：交流伺服电机高精度单向纵一轴加压； 3.1.3最大烧结压力：30KN； 3.1.4加压压力可调范围：0～30KN(手动和自动控制下，精度均为0.1kN)； 3.1.5加压控制方式：可实现手动和可编程自动控制加压，并配备电极手动定位脉冲飞轮； 3.1.6电极加压行程：80mm； 3.1.7电极全开高度：200mm； 3.1.8压力显示方式：触控显示屏上动态数显，分辨率：0.1kN； 3.1.9试料台规格：Φ90mm； 3.1.10加压电极：内部水冷结构；

3.1.11轴位移显示：AC伺服电机信号动态数显； 3.2烧结电源及与通电系统 3.2.1DC脉冲变频烧结电源：采用直流脉冲控制方式； 3.2.2最大脉冲直流输出：8V，2500A； 3.2.3电流可调范围：0～2500A(手动和自动控制下，精度均为1A)； 3.2.4控制方式：可实现手动和可编程自动电流输出控制，并可实现可编程温控程序PID控制； 3.2.5通电连接：采用高导电特殊铜排连接主机电极与脉冲电源； 3.2.6脉冲占空比设定范围：ON：1～999ms，OFF:1～999ms,最小单位1ms；3.3真空烧结腔及抽真空系统 3.3.1形式：前开门圆筒卧式水冷腔体； 3.3.2尺寸规格：内径Φ320mm×进深310mm操作口径Φ260mm； 3.3.3抽真空速度：大气环境下→6Pa/15分钟以内（腔体内空载状态下,极限真空度为6Pa）； 3.3.4真空泵：旋片式机械泵； 3.3.5观察窗大小：内窥窗：Φ70mm1个； 3.3.6真空仪表：布登管真空刻度表、皮拉真空计； 3.3.7适应烧结气氛：大气、真空、保护气氛（预装即插式进气阀组）； 3.3.8烧结测温：1000℃以下低温区间采用铠装热电偶；3000℃以下高温区间采用红外测温仪。可通过触控屏一键切换，实际使用时低于烧结腔体的最高耐热温度； 3.3.9真空腔最高耐热温度：石墨模具测温2500℃（常用温度2200℃）（模具大小不同时最高温度可以有变化）； 3.3.10冷却水监控及流量传感器：可通过动态流量栓确认真空腔体、上电极、下电极等部位的通水状况。流量传感器检测到冷却水流量过低时，为确保设备安全，将自动停机并报警； 3.4仪器仪表显示方式 3.4.1Z轴数显：烧结位移单位数显精确到1微米，1微米与10微米可一键切换，显示范围在加压行程以内；