Elucidating the Multi‐Scale Temperature Evolution and Densification Mechanisms of Amorphous Powders During Spark Plasma Sintering: Experiments and Modeling

材料科学 放电等离子烧结 烧结 无定形固体 复合材料 微观结构 多孔性 粒子(生态学) 冶金 结晶学 海洋学 地质学 化学
作者
H. B. Ding,Xiaoqian Bao,Mao Zhang,Xuefeng Tang,Yong Niu,Pan Gong,Xinyun Wang
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:25 (5) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adem.202200557
摘要

This work investigates amorphous powders’ temperature distribution and densification mechanism at macroscopic and particle scales during spark plasma sintering. The evolution of contact necks between powders is studied by quasi‐in situ microstructure examination. Amorphous powders’ contact mode changes from point contact to surface contact as sintering proceeds. The high current density concentration leads to local overheating at the particle necks. As the contact radius ratio increases, the temperature gap between the necks and the interior of the particles becomes less noticeable. In the early stage, localized high temperature and high stress around the necks significantly reduce the densification onset temperature of amorphous powders. As the relative density increases, the uneven temperature field at the particle scale disappears, while the macroscopic temperature gradient increases. The dominant densification mechanism of amorphous powders has transitioned from particle‐scale to macroscopic temperature. The sample temperature is significantly higher than the nominal sintering temperature, promoting the contribution of viscous flow to porosity elimination. This work can provide new insights into the evolution of multi‐scale temperature distribution during spark plasma sintering and its impact on the densification behavior of amorphous powders.

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