摘要
非晶合金因其内部独特的长程无序，短程有序的原子结构，表现出许多优异的性能，被认为是一种具有极大应用潜力的新型结构材料和功能材料，受材料冷却速率的限制，利用水淬、铸造等传统方法难以制备出较大尺寸的非晶合金，利用放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering，SPS）则可以克服材料冷却速率限制的问题。但是当利用SPS烧结制备大尺寸或形状复杂的非晶合金样品时，因较快的升温速率，样品内部会形成不均匀的温度场，导致制备出的非晶合金样品性能不均匀。因此本论文对SPS烧结制备非晶合金内部温度场分布进行研究，从而深入理解SPS烧结非晶合金的致密化机制，探究烧结样品内部的温度场的分布与控制规律，实现SPS烧结制备非晶合金的性能精确控制。 基于非晶合金的热稳定性与其制备热历史密切相关的特性，提出了一种标定SPS制备非晶合金的温度场的实验方法，获得了样品内部温度场分布规律。具体实验过程为：采用DSC退火实验模拟非晶合金粉末在不同温度下的烧结过程，退火温度为410~475℃之间的一系列温度值；然后通过SPS设备设定烧结温度为425℃制备出块体样品，将块体样品切成2×2×2mm的小块并标记样品所处位置；将切好的非晶合金样品和DSC退火后的样品分别加热至445℃保温45min获得等温晶化曲线；最后在通过比较两者的初始晶化时间确定非晶合金不同位置处的烧结温度值。实验结果表明，样品内部温度场均高于名义烧结温度425℃，且内部温度场为驼峰形分布，样品上下表面烧结温度高，最高温度达到了451.25℃，属于易晶化区。 另一方面，为验证实验得出的非晶合金样品内部温度场的准确性，本论文利用有限元模拟软件对SPS制备非晶合金的过程进行了热电耦合模拟，其中模型中的材料参数使用实验测量确定，保证了模拟的准确性。模拟与SPS实验获得的升温曲线基本符合，二者相关系数高达0.92，最大温差不超过24℃。而且模拟得到的样品内部温度场分布也是驼峰状，最高温度出现在样品两端，最高温度值为447℃，与实验得到的内部温度场分布趋势基本一致，证明了本论文提出的标定方法的有效性。
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