燒結(jié)應(yīng)力可用式(1-2)、式(1-3)表述

這兩種壓力的綜合作用使燒結(jié)頸長(zhǎng)大，燒結(jié)體收縮，孔隙消除，從而使材料致密化[27]。

燒結(jié)應(yīng)力與溫度關(guān)系非常密切，只有在較高的溫度下，才能使體系以較快的速度發(fā)生致密化。通常在不出現(xiàn)液相，即完全固相燒結(jié)的情況下，單組元粉末的燒結(jié)溫度在(0.6~0.8)Tm(熔點(diǎn))。

對(duì)于不同成分梯度層的致密化，其燒結(jié)溫度有較大的差別。例如，從100%不銹鋼成分逐漸過(guò)渡到100%氧化鋁陶瓷成分，其燒結(jié)溫度可以相差1 000℃。通常的做法是選擇一個(gè)比較中間的溫度。

此外，由于在同一溫度燒結(jié)技術(shù)，每一梯度層的收縮不一致，可能會(huì)導(dǎo)致層之間開(kāi)裂或者變形。為了克服這種缺陷，目前已發(fā)展溫度梯度燒結(jié)技術(shù)，不同層的燒結(jié)溫度呈梯度分布，從而使得收縮系數(shù)接近；當(dāng)燒結(jié)有液相產(chǎn)生時(shí)，也能極大緩解燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；另外有研究發(fā)現(xiàn)，在不同梯度層中加入不同含量的摻合劑也可以降低燒結(jié)收縮不一致產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

采用新型的燒結(jié)技術(shù)，能夠順利實(shí)現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)材料的整體致密化，比如放電等離子燒結(jié)(SPS)、微波燒結(jié)和激光快速成形。

利用SPS制備梯度功能材料時(shí)，可采用階梯式或斜坡式的模具，根據(jù)電阻與橫截面面積的關(guān)系，ΔL的長(zhǎng)度內(nèi)，橫截面面積為S的導(dǎo)體的電阻為ΔR，滿(mǎn)足式(1-4)

ΔR=ρ(ΔL/S)    (1-4)

橫截面積大的地方電阻小，通過(guò)的電流大。利用這種與面積(厚度)相關(guān)的電阻效應(yīng)采用放電加熱引入電流梯度從而產(chǎn)生溫度梯度，使組成為梯度分布的樣品一次同時(shí)燒結(jié)致密，如圖1-14所示。

圖1-14 放電等離子燒結(jié)制備梯度結(jié)構(gòu)材料的模具示意圖

微波燒結(jié)也適用于梯度結(jié)構(gòu)材料的致密化。對(duì)于成分從100%陶瓷過(guò)渡到100%金屬的Al2O3/鋼梯度材料，采用微波燒結(jié)時(shí)，富金屬區(qū)首先被加熱，熱量?jī)H通過(guò)熱傳導(dǎo)傳至富陶瓷區(qū)。當(dāng)溫度升至1 000℃以上時(shí)，富金屬區(qū)燒結(jié)致密，從而不再吸收微波。而富陶瓷區(qū)由于溫度升高，對(duì)微波的吸收增強(qiáng)，從而能維持大小為200℃/(8~10) mm的穩(wěn)定溫度梯度。結(jié)果，富陶瓷區(qū)能完全燒結(jié)致密化，而富金屬區(qū)也不會(huì)熔化，最終實(shí)現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)材料的整體致密化。