电流烧结是在自阻加热技术合金材料分析显微镜
NiAI合金材料电脉冲辅助快速制备工艺
脉冲电流烧结是在自阻加热技术基础上发展起来的一种新型快速烧结
技术。该技术通过在粉体两端施加脉冲电流和轴向压
力实现烧结。与传统的烧结方法相比，电脉冲辅助烧结除利用焦耳热和加
压产生的塑性流动来促进烧结之外，还有效地利用了粉末间的电脉冲放电
促进烧结。具有烧结时间短、烧结温度低的优点，所制备的材料晶粒细小
、致密度高，在制备细晶材料方面具有极大的优势。在电脉冲辅助烧结过
程中，粉末颗粒之间的间隙和颗粒接触部位存在由电场诱导产生的正负极
，在脉冲电流作用下，颗粒间发生间歇式快速放电，激发等离子体。在放
电产生的高能粒子的撞击下，颗粒间的接触部分（放电部位）产生局部高
温，使该部位发生熔化和蒸发并形成“颈部”。随着热量向颗粒表面和四
周的传递，“颈部”快速冷却而使得此处的蒸汽压降低，形成蒸发一凝固
传递过程。通过重复施加脉冲电流，放电点在粉体颗粒间移动而迅速遍布
整个粉体。同时，在高温和电场的作用下，体扩散和晶界扩散得到加强，
加速了烧结的致密化；大脉冲电流能够降低晶粒的形核势垒，增加形核率
，从而导致晶粒细化。因此脉冲电流烧结能够以较短的烧结时间制备高质
量的烧结件，广泛应用于金属间化合
材料的载荷一裂纹张口位移( COD)曲线．NiAl金属间化合物的载荷几
乎呈直线上升，达到极大值后迅速下降，没有观察到稳定的裂纹扩展过程
。这说明NiAl在断裂前几乎没有发生塑性变形。在测试的前期，NiAl材料
的COD曲线也近似呈直线上升，达到一定载荷后，COD曲线呈锯齿状。这说
明在裂纹扩展过程中存在着裂纹的萌生与停止，即存在裂纹尖端和材料微
观组织的相互作用。
强度和塑性是材料的两个对立的性能指标，材料强度的提高通常是以
牺牲塑性为代价。脉冲电流烧结制备的亚微米晶NiAl材料在提高强度的同
时，其塑性和韧性也得到了很大的提高。这可以从材料的微观结构方面来
解释，包括基体的晶粒尺寸、弥散相的外形及尺寸以及NiAI基体和颗粒的
界面等方面。
晶粒细化能够有效改善材料的韧性。在裂纹扩展过程中，裂纹尖端遇
到晶界时将改变方向。细晶材料中的晶界较多，裂纹转折次数也就较多，
消耗的能量较大，使裂纹扩展的临界应力变大，因而裂纹不易扩展；同时
，随着晶粒细化，单个晶粒内空位和位错将随之减少，位错塞积的程度较
低，从而减少应力集中，降低裂纹形成的概率。
材料的断裂韧性也受弥散相的影响。氧化铝增强相和NiAI基体之间存
在热膨胀系数和弹性模量的差异。冷却过程中，材料内部将不可避免产生
残余应力，这将对裂纹起到钉扎和偏转的作用。当裂纹尖端扩展到氧化铝
颗粒时，如果外加应力不再增加，则裂纹就会在此处钉扎，不再继续扩展
；如果外加应力继续增大，裂纹扩展可能有以下几种途径：一是裂纹穿过
氧化铝颗粒，即弥散颗粒发生穿晶断裂；二是裂纹向NiAI基体内偏转，这
可能会造成NiAl晶粒的穿晶断裂；三是裂纹绕过氧化铝颗粒，沿Al：03/Ni
AI的界面扩展，即发生沿晶断裂。无论裂纹以哪种方式扩展，都需要消耗
额外的能量去克服阻力，从而起到增韧的作用。在扩展过程中，裂纹总是
选择克服能量最小的路径扩展。穿晶断裂需要克服新生表面的表面能；
