与传统方法相比，场辅助烧结技术（FAST/SPS）从根本上改变了加热机制，它通过将脉冲电流直接通过模具或样品进行加热。
FAST 不像传统的烧结热压那样依赖外部加热元件，而是内部产生焦耳热。这使得加热速率显著提高，致密化速度加快，从而缩短了加工时间，极大地改变了合金的最终显微结构。
核心要点：FAST/SPS 通过结合轴向压力和直接电流加热，在快速致密化材料方面表现出色。这最大限度地减少了材料在峰值温度下的停留时间，有效抑制了晶粒生长，并生产出具有卓越机械性能的合金，而这些性能是传统热压难以实现的。
性能增强的机制
直接加热与外部加热
传统的烧结热压在利用机械压力（通常约为 30 MPa）辅助致密化的同时，从外部施加热量。
相比之下，FAST/SPS 利用通过设备产生的脉冲电流来产生热量。这产生了快速的加热速率（通常达到 100 °C/min），使系统能够绕过传统炉所需缓慢的升温过程。
压力与电流的协同作用
FAST 工艺采用液压系统施加受控的单轴压力，该压力与产生的焦耳热协同工作。
这种组合显著增强了粉末的致密化动力学。它使得在比标准热压更低的温度和更短的时间内生产高密度材料成为可能。
对材料显微结构的影响
抑制晶粒生长
FAST 相对于传统方法的首要优势是烧结时间大大缩短。
由于材料在高温下的停留时间较短，驱动晶粒粗化的扩散过程受到抑制。这对于 Mo-Si-B 合金等材料至关重要，因为保持细小的晶粒尺寸对于研究和优化氧化性能至关重要。
保持初始材料性能
通过快速加热和短暂的保温时间，FAST 能够保持原材料粉末细小的初始显微结构。
这种能力与传统的粉末热压不同，后者较长的循环会导致过度晶粒生长。其结果是获得了细晶显微结构，这直接有助于提高材料性能。
机械和加工优势
卓越的机械性能
通过 FAST/SPS 实现的细晶显微结构直接转化为增强的机械特性。
与通过传统热压方法生产的材料相比，通过该方法制备的复合材料通常表现出卓越的硬度、强度和断裂韧性。
防止不希望发生的相变
在极短的时间内（例如 4 分钟）完成致密化的能力使 FAST 能够快速通过低温范围。
这对于 Al2O3-cBN 等复杂复合材料至关重要。该工艺的速度抑制了 cBN 颗粒的石墨化（转化为 hBN），而石墨化通常在较慢的低压环境中发生，从而确保了卓越的耐磨性。
理解权衡
尺寸和几何形状限制
虽然 FAST 提供了速度和显微结构控制，但目前它受到冲头和模具物理尺寸的限制。
它最适合制造中小型组件，这些组件具有相对简单的几何形状。相比之下，热等静压（HIP）等技术更适合大型、复杂形状的组件，尽管其加工周期较长且成本较高。
为您的目标做出正确选择
要确定 FAST/SPS 是否是您特定合金制备的更优选择，请考虑您的主要目标：
- 如果您的主要重点是最大化机械强度：FAST 是理想的选择，因为它能抑制晶粒生长，产生更硬、韧性更好的细晶显微结构。
- 如果您的主要重点是防止相降解：FAST 对于快速通过材料（如 cBN）可能降解或转化的温度范围至关重要。
- 如果您的主要重点是组件尺寸：请注意，FAST 受限于模具尺寸；对于大规模或复杂形状的零件，可能需要传统方法或 HIP。
通过利用 FAST 的快速热动力学，您可以实现传统热压无法比拟的显微结构精度和密度。
总结表：
| 特性 | FAST/SPS | 传统热压烧结 |
|---|---|---|
| 加热机制 | 内部（通过脉冲电流进行焦耳加热） | 外部（辐射/加热元件） |
| 加热速率 | 非常高（高达 100°C/min） | 低至中等 |
| 加工时间 | 几分钟（快速致密化） | 几小时 |
| 晶粒生长 | 高度抑制（细晶显微结构） | 显著（由于保温时间长） |
| 机械性能 | 卓越的硬度和断裂韧性 | 标准 |
| 相稳定性 | 防止不希望发生的转变（例如石墨化） | 相降解的风险较高 |
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参考文献
- Julia Becker, Manja Krüger. High Temperature Oxidation Performance of an Additively Manufactured Mo–9Si–8B Alloy. DOI: 10.1007/s11085-021-10082-3
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
