Graphite creep negation during flash spark plasma sintering under temperatures close to 2000 °C
Graphite creep negation during flash spark plasma sintering under temperatures close to 2000 °C
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在接近 2000°C 的温度下闪光火花等离子烧结过程中石墨蠕变消除
DOI：
10.1016/j.carbon.2020.02.027
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
10.9
通讯作者：
Olevsky, Eugene A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Manière, Charles;Lee, Geuntak;McKittrick, Joanna;Maximenko, Andrey;Olevsky, Eugene A.
石墨蠕变对于使用高压 (100 MPa) 和接近 2000 °C 温度的应用非常重要。特别是，新型闪光放电等离子烧结工艺（FSPS）在应用于碳化硅等超高温材料时，对石墨蠕变高度敏感。在这个仅需几秒钟的闪蒸过程中，石墨模具的温度会达到 2000°C 以上，导致其不可逆变形。石墨工具的蠕变阻止了闪火等离子烧结工艺的进一步进展。在本研究中，有限元模型用于确定 FSPS 模具温度。在此背景下，我们探索了在 2000°C 以上的温度和高压下石墨蠕变的开始。了解石墨的高温极限后，我们修改了 FSPS 工艺，以便在石墨蠕变温度/压力范围之外发生烧结。使用优化的 FSPS 在大约 30 秒内获得 95% 致密的碳化硅压块。
Graphite creep has high importance for applications using high pressures (100 MPa) and temperatures close to 2000 °C. In particular, the new flash spark plasma sintering process (FSPS) is highly sensitive to graphite creep when applied to ultra-high temperature materials such as silicon carbide. In this flash process taking only a few seconds, the graphite tooling reaches temperatures higher than 2000 °C resulting in its irreversible deformation. The graphite tooling creep prevents the flash spark plasma sintering process from progressing further. In this study, a finite element model is used to determine FSPS tooling temperatures. In this context, we explore the graphite creep onset for temperatures above 2000 °C and for high pressures. Knowing the graphite high temperature limit, we modify the FSPS process so that the sintering occurs outside the graphite creep range of temperatures/pressures. 95% dense silicon carbide compacts are obtained in about 30 s using the optimized FSPS.
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