镁的极高化学反应性使其在没有特殊环境控制的情况下，在高温下进行加工变得异常困难。在脉冲等离子烧结（PPS）过程中，工业级真空系统至关重要，因为它能将腔室压力降低至大约5 x 10⁻³ Pa，从而有效地排出氧气，防止镁基体和增强材料（如Ti6Al4V）氧化或燃烧。
真空系统是防止化学降解的基本屏障，可确保最终的复合材料保留纯净的界面和优越的机械性能，而不是因氧化而损坏。
隔离的化学原理
对抗高反应性
镁及其合金具有高度的化学活性。当暴露于烧结所需的高温时，如果存在氧气，它们会迅速氧化。
消除大气中的氧气
真空系统的主要功能是降低炉内氧气的分压。通过达到5 x 10⁻³ Pa的真空度，系统消除了氧化所需的反应物。
保护复合材料界面
在以镁为基体并用Ti6Al4V等材料增强的复合材料中，金属与增强材料之间的界面是结构上的薄弱点。真空可确保这些界面保持清洁，没有脆性氧化层。
超越氧化：密度和纯度
排出捕获的气体
金属粉末自然含有吸附在颗粒间隙中的大气。真空系统在烧结开始前抽出这些气体。
解吸表面污染物
粉末颗粒的表面通常吸附有气体。高真空环境有助于去除这些表面污染物。
促进烧结颈的形成
通过去除物理气体屏障和表面杂质，真空促进了颗粒之间形成牢固的烧结颈。这使得最终产品具有更高的密度和结构完整性。
理解权衡
蒸气压挑战
镁的蒸气压比许多其他金属高得多。虽然真空对于防止氧化至关重要，但它也会降低金属的沸点。
工艺精度
操作员必须精确地平衡真空度和温度。如果相对于温度而言压力过低，则存在镁蒸发（升华）而非烧结的风险，这将改变合金的成分。
设备敏感性
工业级真空系统增加了复杂性和成本。由于镁对氧气非常敏感，即使是轻微的泄漏或泵故障也可能导致批次快速燃烧或完全报废。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高PPS工艺的有效性，请根据您的具体材料目标调整真空参数：
- 如果您的主要重点是机械强度：确保真空度至少达到5 x 10⁻³ Pa，以保证基体和增强材料之间无氧化物的界面。
- 如果您的主要重点是部件密度：在达到峰值烧结温度之前，利用真空循环彻底对粉末床进行脱气处理，确保不留下任何孔隙。
控制气氛，就能控制材料的潜力。
总结表：
| 特性 | 对镁PPS工艺的影响 |
|---|---|
| 真空度（5 x 10⁻³ Pa） | 消除氧气，防止镁基体快速氧化和燃烧。 |
| 界面保护 | 确保镁与Ti6Al4V等增强材料之间形成清洁、无氧化物的结合。 |
| 脱气能力 | 去除捕获和吸附的气体，以提高最终产品的密度。 |
| 升华控制 | 精确平衡蒸气压，防止加热过程中镁的损失。 |
| 机械完整性 | 促进形成牢固的烧结颈，以获得优越的结构强度。 |
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参考文献
- Anna Dobkowska, Łukasz Żrodowski. Microstructure and Corrosion of Mg-Based Composites Produced from Custom-Made Powders of AZ31 and Ti6Al4V via Pulse Plasma Sintering. DOI: 10.3390/ma17071602
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
