[发明专利]用于烧结的复合电极、制备工艺、烧结装置及烧结方法

说明书

本发明涉及用于烧结的复合电极、制备工艺、烧结装置及烧结方法，复合电极包括难熔高熵合金、碳材料和难熔纯金属。本发明利用复合电极中的自发热碳材料在电流作用下发出的巨量焦耳热，通过传导使烧结粉体温度剧烈上升，从而在短时间内实现金属或金属基复合材料的完全致密化，提高了金属或金属基复合材料的制备效率；在烧结时，本发明利用复合电极在烧结过程中产生大量热量提供给粉末坯体，解决了金属粉末闪烧过程无法产生足够焦耳热的问题，实现金属粉末坯体的闪烧致密化，本发明不仅能够降低金属粉末闪速烧结对脉冲电源装置功率的要求，而且可以闪烧得到尺寸更大金属或金属基复合材料，解决了大块金属及金属基复合材料无法实现闪烧致密化的难题。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及用于烧结的复合电极、制备工艺、烧结装置及烧结方法。

背景技术

粉末冶金是以粉末为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、陶瓷材料及各类复合材料的技术，它在新材料的发展中起重要作用。目前，粉末冶金行业主要采用传统烧结技术，即：将粉末模压成型后置于高温炉中进行长时烧结。例如：铜-钨电触头复合材料传统烧结需要20小时以上；碳化钨钴硬质合金刀具烧结需要40小时甚至更长的时间才能实现致密化。传统烧结方式不仅难以得到高质量烧结材料，而且长时高温烧结意味着巨大的能量消耗和碳排放。但在能源供应紧张的情况下，高昂的电费和短缺的电量供应给传统烧结企业带来巨大压力。

为了克服传统烧结方法长时间、高能耗、低质量的局限性，出现了闪速烧结方法。闪速烧结提出者Raj教授及其同事申请的专利中(US9334194B2，US8940220B2)详细描述了材料闪速烧结的内涵、操作方法以及相关设备，但是该闪速烧结方法仅仅针对陶瓷材料有效；专利(CN110577399B)报道了一种基于感应加热的多场耦合闪速烧结系统，提供了一种非传统的基于感应加热的、短流程的、多场耦合的新型闪速烧结技术，但是此发明是利用粉末发热和感应加热来实现样品的闪烧，当样品较大时需要很高的电源输出功率才能满足金属粉末的闪烧条件；专利(CN113523273B)报道了一种多场耦合下快速制备超细晶纯钨材料的粉末冶金方法。此发明仅需向粉末冶金模具内松装入金属钨粉，随后直接在室温条件下进行多场耦合快速烧结，1～20min内即可成功制备接近理论致密度的纯钨金属材料，此方法仅仅利用了粉末在烧结过程中的焦耳热来产生热量，因而即使在非常大的电流下烧结较长时间也无法完全实现致密化。目前，现有的闪烧技术都是基于粉末本身的焦耳热发热来实现粉末坯体的闪烧。但是，当粉末是金属粉末时，金属粉末的电阻较小，焦耳热效应不明显，只有在非常大的电流下才能产生足够的焦耳热来实现材料闪烧。这个特点导致了传统闪烧对闪烧脉冲电源的功率要求很高；并且当闪烧样品尺寸过大时，根本无法找到能功率足够高的脉冲电源来提供足够的能量密度实现大块样品的闪烧致密化。

金属及金属基复合材料闪速烧结具有时间短、效率高、节能绿色等诸多优点，在金属及金属基复合材料闪烧过程中必须存在热失控过程才能实现材料的快速致密化，也就是在短时间内粉体必须得到足够的能量从而实现温度的剧烈上升。当金属粉末的电阻较小，焦耳热效应并不明显，往往在很大电流下都不能产生足够的热量来实现闪烧。这就要求脉冲电源装置具有极高的功率，也就是有很大的输出电流，才能为粉体提供足够的热量来实现闪烧。然而，高功率脉冲电源装置不仅制造技术苛刻制造成本高，而且现有技术下的脉冲电源装置无法为大块金属及金属基复合材料闪烧提供足够的能量。因此，存在金属及金属基复合材料闪烧过程中由于电阻较小，无法产生足够焦耳热使材料闪烧致密化的问题。

发明内容

为了克服现在技术存在的问题，本发明提供用于烧结的复合电极、制备工艺、烧结装置及烧结方法来解决现有技术中存在的上述问题。

一种用于烧结的复合电极的制备方法，包括如下步骤：

(1).将难熔高熵合金、碳材料和难熔纯金属切割成需要的形状；

(2).在难熔高熵合金-碳材料接触界面以及碳材料-难熔纯金属的接触界面涂抹导电银浆；