石墨坩埚的热加工过程称为烧结。在烧结过程中,高温会使金属原子的振幅增大。通过粘滞流动、蒸发冷凝、体积扩散、表面扩散、晶界扩散和塑性流动等作用,接触面上更多的原子进入原子的受力范围,形成结合面,导致再结晶和晶粒长大,形成金属网状结构,提高烧结体的强度电阻增大,电阻减小。石墨坩埚的烧结是一种非熔融体系的固态烧结。
在石墨坩埚中,由于金属含量不同(30-90%),烧结温度也不同。低金属含量的石墨坩埚主要由结合剂结焦连接。金属粉末不能形成网状结构,但与导电有关。
烧结的关键技术是:a)最高烧结温度。一般取金属绝对熔点温度的2/3~4/5,温度指数a=0.67~0.8。过烧和欠烧都会影响产品的质量。延长高温保温时间可以适当降低烧结温度,但时间的影响不如温度的影响大。b) 防止产品氧化,铜氧化后电阻增大。烧结时应采取保护措施。c) 是加热速度。对于粘结剂含量高的产品,为防止烧结开裂,应控制升温速率。
气体保护烧结
石墨坩埚在世界范围内广泛应用于保护气氛烧结,在我国粉末冶金工业中也有应用。
所使用的保护气氛包括:纯氢、分解氨(氧氮混合物)、气体、烃类转化气体(H2、CO混合物)等,上述气体不仅起到保护作用,还可以还原氧化物。
采用气氛保护时,一般采用网带式连续烧结炉。为了降低成本,意大利EBN公司采用专用密封烧结箱进行烧结。烧结箱底部设有进气口,中间设置有多孔隔板。产品放置在其上,箱体顶部设有微压排气孔。当罐内产生一定压力时,气体会自动打开并释放。烧结箱尺寸长900mm,宽400mm,气体为纯氢,加热方式为电加热。