本发明涉及致密化方法和装置。
背景技术：
超塑性成形是用金属材料产生精确和复杂形式的工业方法。一些固体、结晶材料，比如一些金属和合金，展现超塑性并且可以变形超出塑性变形的预期限制。通常，该性能取决于细晶粒微观结构。该方法的主要优势是它可以在一个操作中形成大的和复杂的部件。制成品具有优良的精度和良好的表面光洁度。它也不具有回弹或残留应力。最大的缺点是其缓慢的成形速率。完成时间从两分钟变化至两小时；因此，它通常被用在较小体积的产品上。因此，将认识到，减少成形速率的超塑性成形方法和装置将是有益的。
技术实现要素：
一种方法，其包括将导电颗粒放置在第一电极和第二电极之间并且与第一电极和第二电极接触。颗粒提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。第一电极展现第一塞贝克系数，第二电极展现大于第一塞贝克系数的第二塞贝克系数，并且颗粒展现在第一塞贝克系数和第二塞贝克系数之间的第三塞贝克系数。
该方法包括当加热颗粒至较高温度时压缩颗粒，该较高温度高于用于从较低温固相至较高温固相的加热相变的温度。加热包括将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应生成热。由于加热，颗粒从较低温固相相变为较高温固相。
在颗粒的加热相变之后，当冷却颗粒至较低温度时压缩颗粒，该较低温度低于用于从较高温固相至较低温固相的冷却相变的温度。冷却包括将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应移除热。由于冷却，颗粒从较高温固相相变为较低温固相。该方法包括由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变致密化颗粒。
另一种方法包括将主要包含钛的导电颗粒放置在第一电极和第二电极之间并且与第一电极和第二电极接触。颗粒提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。第一电极展现第一塞贝克系数。在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，第二电极展现比第一塞贝克系数大5μv/k或更多的第二塞贝克系数。在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，颗粒展现与第一塞贝克系数和第二塞贝克系数相差至少20％的第三塞贝克系数。
该方法包括当加热颗粒至高于相变温度1-10％的较高温度时在低于7ksi(千磅/英寸2)下压缩颗粒。加热包括将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应生成热。由于加热，颗粒从α相相变为β相。
在颗粒的加热相变之后，该方法包括当冷却颗粒至低于相变温度1-10％的较低温度时在低于7ksi下压缩颗粒。冷却包括将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应移除热。由于冷却，颗粒从β相相变为α相。该方法包括重复地循环加热相变和冷却相变，并且从而由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变使颗粒超塑性地成形为整体部件。
一种装置，其包括展现第一塞贝克系数的第一电极和展现大于第一塞贝克系数的第二塞贝克系数的第二电极。在第一电极和第二电极之间的模腔允许导电颗粒——当放置在其中时——接触第一电极和第二电极并且提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。交流电源被电连接至第一电极和至第二电极。
电源被配置为允许选择性地改变电流流动方向以将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极或将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极。电源还被配置为允许产生足够的电流频率和足够的电流量以产生珀耳帖效应加热和珀耳帖效应冷却，其取决于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的电流流动方向。电流频率的足够性取决于通过颗粒的第一电极和第二电极之间的距离。装置包括压实机，其配置为当施加交流电以致密化颗粒时允许颗粒的充分压缩，其由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变。
已讨论的特征、功能和优势可以在各种实施方式中独立地实现或可以在又其他实施方式中组合实现，参考以下描述和附图可见其进一步细节。
附图说明
以下参考下述附图描述了一些实施方式。
图1是致密化装置的横截面视图。
图2和3是图1中的装置的部件中的电流和热流动的图。
图4是显示其温度依赖性的绝对塞贝克系数的图表。(cusack,n.；kendall,p.(1958).“theabsolutescaleofthermoelectricpowerathightemperature”.proceedingsofthephysicalsociety.72(5):898.来自以下的pb的数据：christian,j.w.；jan,j.-p.；pearson,w.b.；templeton,i.m.(1958).“thermo-electricityatlowtemperatures.vi.aredeterminationoftheabsolutescaleofthermo-electricpoweroflead”.proceedingsoftheroyalsocietya:mathematical,physicalandengineeringsciences.245(1241):213.)
具体实施方式
超塑性成形技术可用于结晶、金属粉末的致密化。熟知的粉末冶金技术也使金属粉末致密化，但是依赖于不同的物理特性和工艺条件。在超塑性成形中，在其固相转变周围循环的结晶、金属粉末产生内部应力和类超塑性能发展。因为超塑性成形的最大缺点是其缓慢的成形速率(完成时间从两分钟变化至两小时)，当使用许多循环用于该部件以实现充分的致密化时粉末致密化可能是耗时的。
在粉末致密化中施加的压力迫使粉末填充在孔隙中。通常，金属的相图显示了随着压力变化的相变边界的转变温度。因此，压力循环提供了一种获得固相之间的循环转变的方法。然而，大部分金属需要不切实际地大的压力变化，因为它们显示随着压力小的温度变化。
温度循环呈现了另一种可采用的方法，其利用在部件的边界处施加的升高的或降低的温度。从部件的边界热扩散至中心的温度变化所需要的时间部分地控制循环时间。部件中的相变使循环时间延长。在相变期间，温度保持不变，并且在跨越仍然经历相变的厚度部分不存在温度梯度。因为没有温度梯度，所以不发生热的移动，所以该过程可能是漫长的，并且大的部件厚度使该过程长度加剧。
通过使电流穿过该部件并且使用粉末中的焦耳热以驱动该相变，可以缩短加热步骤(α至β转变)。甚至在均匀的温度下，跨越该部件相变可以是相当均匀的。然而，不存在类似方法用于该循环的冷却步骤。
因此，本文公开的方法和装置使用在相变温度处具有与金属粉末的塞贝克系数显著不同的塞贝克系数的电极。例如，可以结合钛粉末使用钼或钨电极。通过珀耳帖效应，当电流在电极和粉末之间的结点处流动时，塞贝克系数的差别在该结点处产生热通量。结点热通量提供比通过已知的热传导的焦耳加热或冷却可获得的更快的结点处的材料相变。
因此，使用通过循环通过α-β相变的超塑性成形可以使导电颗粒比如钛粉末致密化为近净形(near-netshape)部件。在温度和压力下，包含在电极之间的粉末产生来自电极和粉末的结点的珀耳帖效应热通量。珀耳帖热通量可以用来自电流的焦耳加热补充。珀耳帖效应在部件边界处提供补偿热传导损失的热通量，使得跨越部件厚度的相变更均匀。而且，在该循环的冷却步骤期间珀耳帖效应在边界处产生急剧的温度梯度，因此，使该转变加速至较低温α相。
在火花等离子体烧结(sps)中，高温快速地引起材料中的相变。在与电极最接近的材料部分传导性地传递热至相邻材料之前，它们首先相变。这导致固结材料的“首先外侧，然后中间”的方法。它还使用高热量。对于钛，sps通常在900-1400℃的范围中操作。
相比之下，本文的方法和装置依赖于材料的塞贝克系数(也称为热能、热电能和热电敏性)。塞贝克系数是响应于跨越该材料的温度差，感应的热电电压的大小的量度，如塞贝克效应所感应。一般而言，塞贝克系数是温度依赖性的(见图4)，尽管在某些温度范围内一些较小依赖于温度。显著地，本文公开的方法和装置限定温度，在此温度处选择期望的塞贝克系数。
虽然在本文公开的方法和装置以及sps(例如，电流流动通过待致密化的材料)之间存在相似之处，但是也存在区别。sps通过引起颗粒烧结起作用以增加致密化，这意味着必须使待加工的材料升高至一定温度，在该温度下来自一个颗粒的材料离开该颗粒并且沉积在相邻的颗粒上。通常，以较小的颗粒为代价，较大的颗粒获得材料。sps通常使用高于超塑性成形的温度。超塑性致密化通过改变颗粒的形状以组装在一起起作用。在以已知大小的颗粒开始中存在不显著改变最终产品的大小的优势。
钛的烧结温度在900-1400℃的范围中，通常1260℃。温度范围的下端不产生如sps中的高的最终密度，所以通常使用较高的温度。在钛的α和β相之间转变的温度是883℃。在本文公开的方法和装置中在较低温度下存在能量节省和加工优势，产生较低成本和更好的产品。
当晶粒凝结并且平均晶粒大小增加时，避免烧结所需的较高的温度减少了晶粒生长，并且允许较不严格的工装要求。而且，通过相变现象刺激超塑性成形，本文公开的方法和装置增加了在低压下的固结速度。此外，通过相变尺寸差异刺激超塑性成形性能允许材料流动和在更复杂的组件中足够用于颗粒固结的均匀压力。这也使能够实现更接近终产品尺寸的组件。
通过以依赖于珀耳帖效应的目的设计，本文公开的方法和装置允许珀耳帖效应的有利用途。在其他方法中，珀耳帖效应的偶然出现将提供极少或不提供有效益处。例如，使用本文的交流电允许温度变化以扫描通过该部件，并且当在相变温度附近进行时产生导致超塑性成形特性的相变。相比之下，sps使用直流脉冲，其不产生扫描热波，并且因此不会产生超塑性成形特性。相反，直流脉冲产生从该部件的一侧至另一侧的静态温度差。
因此，一种方法，其包括将导电颗粒放置在第一电极和第二电极之间并且与第一电极和第二电极接触。颗粒提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。第一电极展现第一塞贝克系数，第二电极展现大于第一塞贝克系数的第二塞贝克系数，并且颗粒展现在第一塞贝克系数和第二塞贝克系数之间的第三塞贝克系数。
该方法包括当加热颗粒至较高温度时压缩颗粒，该较高温度高于用于从较低温固相至较高温固相的加热相变的温度。加热包括将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应生成热。由于加热，颗粒从较低温固相相变为较高温固相。
在颗粒的加热相变之后，当冷却颗粒至较低温度时压缩颗粒，该较低温度低于用于从较高温固相至较低温固相的冷却相变的温度。冷却包括将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应移除热。由于冷却，颗粒从较高温固相相变为较低温固相。该方法包括由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变致密化颗粒。
举例来说，在加热和冷却相变温度下，第二塞贝克系数可以比第一塞贝克系数大5微伏/开尔文(μv/k)或更多。在加热和冷却相变温度下，第三塞贝克系数可以与第一塞贝克系数和第二塞贝克系数相差至少20％。通过珀耳帖效应产生的热随着塞贝克系数之间的差的增加而增加。在第二电极和颗粒之间的结点处，第二电极可以由钼或钨组成或基本上由钼或钨组成。在第一电极和颗粒之间的结点处，第一电极可以由钯、石墨或康铜(55％铜-45％镍合金)组成或基本上由钯、石墨或康铜组成。
图4显示了与钯的塞贝克系数相比，钼和钨的塞贝克系数随温度如何变化。在宽范围的温度内——包括在883℃(1156k)处，钛的α和β相之间的转变的温度——存在大的差异。图4没有显示石墨或康铜塞贝克系数，但是文献报导了石墨展现与铂——其在图4中显示——相似的系数，并且康铜相对于铂展现-35μv/k的系数。
颗粒可以是结晶的并且包含微观结构，该微观结构包括一个或多个晶粒。因为本文公开的方法和装置使用多个相变以赋予颗粒超塑性，所以晶粒大小不显著地影响该过程。独立于晶粒大小的本质构成了与其他方法相比的益处。在等温方法中，比如烧结，包括火花等离子体烧结，晶粒大小影响超塑性，较小的晶粒增强超塑性，因为不利用多个相变。
颗粒可以主要包含钛，即大于50重量％(wt％)的钛。因此，可以使用商业上的纯钛或钛合金，比如ti-6al-4v(具有6wt％的铝和4wt％的钒的钛合金)，以及展现与本文的公开内容一致的特性的其他金属和金属合金。商业上的纯钛具有99.67wt％或更大的钛含量。文献报导了钛相对于铂展现在0至1,000℃的温度范围内约12至22μv/k的塞贝克系数。(h.w.worner,thermoelectricpropertiesoftitaniumwithspecialreferencetotheallotropictransformation,austral.j.sci.res.,vol.4(1),pp.62-83(1951))。文献报导了ti-6al-4v展现在2℃下-5μv/k的塞贝克系数。(h.carreon,detectionoffrettingdamageinaerospacematerialsbythermoelectricmeans,proc.spie8694,6pp.(2013))。
较低温固相可以是α相并且较高温固相可以是β相。对于ti-6ai-4v，温度可以在860和1,020℃之间摆动。对于商业上的纯ti，温度可以在863和903℃之间摆动。颗粒大小不显著地影响该过程，因为颗粒快速地形成到颗粒之间的间隙内。相比之下，烧结使用非常缓慢的过程以移动金属，使得颗粒大小是非常重要的。
以描述的方式在压缩下使颗粒致密化有利地允许基本上保持来自原始颗粒的晶粒大小。因此，可以在已知的技术下制备颗粒以展现制成品中期望的晶粒大小，并且然后使用本文的方法固结。然后，可以获得净或近净形部件，很少或不考虑致密化之后的加工以产生期望的晶粒大小，因为初始晶粒大小幸免于致密化。
大约1至10ksi(千磅/英寸2)的压力与本文公开的方法和装置相关。适当的压力取决于各种因素，包括通过颗粒展现的晶粒大小、加热/冷却循环的数目、加热/冷却循环的持续时间和期望的致密化程度。较大的晶粒使用较高的压力以实现相等的致密化。而且，较少的循环和/或较短的循环使用较高的压力以实现相等的致密化。一般而言，对于给定的晶粒大小，较高的致密化使用较高的压力。即使如此，与sps相比，本文公开的方法和装置利用较小的压力实现较高的致密化。因此，当加热颗粒时压缩颗粒和当冷却颗粒时压缩颗粒二者均可包括在低于7ksi，比如3ksi或更低，包括1-3ksi或2-3ksi下压缩颗粒，而达到95％或更高的致密化。
加热颗粒可以另外包括通过除珀耳帖效应以外的方式的至颗粒的传导性热传递。尽管不太有效，冷却颗粒可另外包括通过除珀耳帖效应以外的方式从颗粒的传导性热传递。可以使用用于热传递的已知技术。图1的描述提供了其他加热和冷却方式的实例。
用于加热相变的温度和用于冷却相变的温度通常是相同的，但是可以不同，取决于由颗粒包括的具体材料的相变特性。加热颗粒可以包括加热颗粒至高于相变温度1-10％。冷却颗粒可以包括冷却颗粒至低于相变温度1-10％。在每半个加热/冷却循环中，期望温度范围足以使大于颗粒的总体积的95％，比如100％相变。
从第二电极通过颗粒施加至第一电极的电流和从第一电极通过颗粒施加至第二电极的电流可以是交流电。交流电可以以与电极之间的距离匹配的频率被供电。在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处电流可以是1-15amp/mm2。
颗粒可以包含在未完成部件的总体积中。使颗粒从较低温固相相变为较高温固相可包括大于总体积的95％，比如100％的相变。使颗粒从较高温固相相变为较低温固相可包括大于总体积的95％的相变。较大体积的相变颗粒倾向于增加致密化速率。使颗粒致密化可以包括重复地循环加热相变和冷却相变，并且从而由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变使颗粒超塑性地成形为整体部件。
循环加热相变和冷却相变可以重复大于10次，比如15至30次。期望本文描述的其他工艺参数使描述的循环数目的范围能够产生95％或更高的致密化。例如，在3ksi或更低下加工15-30个循环并且产生95％或更高的致密化表示用于产生钛部件的工艺效率的显著增加。
具有进一步细节的另一种方法包括将主要包含钛的导电颗粒放置在第一电极和第二电极之间并且与第一电极和第二电极接触。颗粒提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。第一电极展现第一塞贝克系数。在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，第二电极展现比第一塞贝克系数大5μv/k或更多的第二塞贝克系数。在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，颗粒展现与第一塞贝克系数和第二塞贝克系数相差至少20％的第三塞贝克系数。
该方法包括当加热颗粒至高于相变温度1-10％的较高温度时在低于7ksi下压缩颗粒。加热包括将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应生成热。由于加热，颗粒从α相相变为β相。
在颗粒的加热相变之后，该方法包括当冷却颗粒至低于相变温度1-10％的较低温度时在低于7ksi下压缩颗粒。冷却包括将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应移除热。由于冷却，颗粒从β相相变至α相。该方法包括重复地循环加热相变和冷却相变，并且从而由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变使颗粒超塑性地成形为整体部件。
举例来说，加热可另外包括通过除珀耳帖效应以外的方式的至颗粒的传导性热传递。电流可以是以与电极之间的距离匹配的频率供电的交流电，并且在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处为1-15amp/mm2。当颗粒包含在未完成部件的总体积中，从α相至β相的颗粒相变可包括大于总体积的95％的相变。从β相至α相的颗粒相变也可包括大于总体积的95％的相变。可以使循环加热相变和冷却相变重复15-30次。
图1显示了通过进行本文描述的方法，用于导电颗粒比如结晶、金属粉末的致密化的装置的实例。该装置和其操作方法的特征可以并入本文公开的其他方法和装置中。布置装置100以提供金属粉末10的致密化。粉末10被包含在侧壁20、上电极32和下电极34之间。装置安置在基板22上。下电极34直接在基板22之上的热砌块(thermalblock)50的顶部。上电极32正上方的是热砌块40。热砌块40还用作推动活塞并且在其上表面接收压力65。通过热元件60加热热砌块40和50，热元件60可以是电阻加热器或包含热的流动气体或液体的通道。令人信服地，尽管不太有效，冷的流动气体或液体可用在通道中以冷却热砌块40和50。
通过连接线45和55从电源70将交流电供给至电极32、34。电源70可以是ac电源，其具有与电极32、34之间的距离匹配的频率。电源70可具有可变频率，其具有匹配电极之间的距离的充足范围或被设计为展现设置的期望的频率。相反，电源70可包括与极性转换开关比如双极性放大器耦合的dc电源，以便可以选择性逆转电流方向，产生交流电。为了将电流更均匀地分配至电极32、34，连接线45、55可以被划分为平行导线束(strand)47和57。为了适应活塞40的垂直移动，连接线45可具有进给通过侧壁20之一中的槽80的柔性部分90。通过元件25加热侧壁20。推动活塞40中的热元件60也可具有与其加热源、冷却源或电源的柔性连接件。
电极材料具有足以运送用于该方法的足够的电流的导电率，而不显著地加热多于金属粉末。同时，电极材料在机械上是足够强的以传递足够的致密化压力至金属粉末，而不经历机械损伤。显示电极32、34是平行的，其增加了在加热和冷却期间温度分布的均匀性，但是它们可以是不平行的。
图1显示了接触粉末10的全部上表面的上电极32和接触粉末10的全部下表面的下电极34。接触粉末10的全部上表面和下表面的电极32、34增加了在珀耳帖加热或冷却期间热分布的均匀性。即使如此，相反，可想到电极可跨越粉末10的上表面和/或下表面被分段和分散。这样做可以减少用于电极——比如用于待加工的大部件——的材料的量。热分布的均匀性可能降低，使得保证增加的加工时间，但是与电极成本的节省相比可以平衡增加的加工时间的成本。
为了本文档的目的，通过在高于和低于相变温度下循环粉末10发生超塑性成形，同时粉末10处于压缩负载下。在商业上纯钛的实例中，相变在α和β相之间并且在约883℃下发生。相变温度通常是压力的弱函数。发生相变的目的是提供单个晶粒的形状改变，由此它们可以在朝着密集成形的相变期间在压力下滑动通过彼此。
用于装置100的方法以热元件25和60开始，其使得系统升温至略低于相变温度——例如低1-10％——的温度。然后施加压力65。然后打开电源70，以便电流在电路中并且在电极32和34之间通过金属粉末10流动。通过焦耳加热，电流流动加热部分金属粉末10，其中体积加热与电流密度的平方成比例。
装置100被配置以便在电极32、34和金属粉末10的结点处存在塞贝克系数的显著变化。如图2和3中所显示，金属粉末10展现高于电极34(s34)的塞贝克系数(s10)，并且接着电极32展现高于金属粉末10(s10)的塞贝克系数(s32)。通过珀耳帖效应，系数差在电极32、34和金属粉末10之间的结点处产生热通量。对于向下方向的电流“i”，图2显示在结点处生成热“h”。对于向上的电流方向的电流“i”，图3显示在结点处移除热“h”。
通过周期性地——即对于两极以规律的时间间隔——改变方向，电流可以被交替。在正弦波中可以观察到，在该周期的1/4和3/4处信号逐渐达到正峰和负峰。在本文公开的方法和装置中，使用不同的波形存在益处，其中电流被更均匀地施加在第一和第二个半周期上，比如在方波中。以该方式，通过在每半个周期期间使用全部或基本上全部选择的电流可以减少该循环的加热和冷却部分的持续时间。
选择交流电的频率是电极之间的距离——换句话说，形成的部件的厚度——的函数。由于更大的体积和质量，电极之间的更大距离(更厚的部件)保证更长的时间段以获得相等程度的相变。因此，在引导电极之间的电流通过部件的最薄尺寸中存在减少循环时间的益处。
可以选择循环时间(其确定频率)，其足以使在加热期间大于总体积的95％，比如100％从较低温固相相变至较高温固相，和在冷却期间大于总体积的95％，比如100％从较高温固相相变至较低温固相。适当的循环次数取决于部件大小和组成。对于本文公开的方法和装置的预期应用，约30秒(例如，对于小的商业上的纯ti部件)至120分钟(例如，对于大的复杂的ti-6al-4v部件)的循环时间将提供与已知方法相比显著的循环时间减少。因此，对于致密化至相同程度的相同大小和组成的部件，与使用颗粒本身不包括珀耳帖效应热生成和去除的方法相比，本文公开的方法和装置使能减少整体致密化时间。
基于本文的公开内容，显然，可以选择参数以便交流电循环时间是周期性的。然而，在其中用于加热的时间和用于冷却的时间被选择为不同的情况中交流电可以是非周期性的。可以保证不同的时间，例如，如果高于转变温度的上升程度与低于转变温度的下降程度不同。而且，取决于选择的加热和冷却技术，即使当温度上升和下降相等时，冷却步骤比加热步骤需要更长时间(或反之亦然)。在以下更详细讨论的一个可能的实例包括当施加电流以产生冷却珀耳帖效应时克服焦耳加热。
为了理解焦耳加热和珀耳帖效应如何使相变循环能够加速，首先考虑仅依赖于来自热砌块的加热和冷却系统如何工作。从一切在相变温度处和金属粉末在较低温相开始。该过程继续，使热砌块至高于相变温度的一定温度。由于热砌块的实际热容(sensibleheatcapacity)，加热需要时间。一旦热砌块的温度高于金属粉末的温度，热然后通过热传导流动至金属粉末内。
最初，在粉末和热砌块的结点处，金属粉末的温度与用于改变金属粉末的相的所有的热保持相同。跨越粉末的厚度不存在温度梯度，所以没有热流动至粉末内部。事实上，一旦在结点处发生相变，温度增加显著地高于相变温度以从结点获取热以流动至下一子层。因此，为了跨越整个粉末层开始相变，有效地使全部金属粉末的温度提高至显著地高于相变温度的温度。为了使相循环回至较低温相，使热砌块的温度降低。然后，可逆地发生相同的现象。
利用金属粉末的焦耳加热，粉末均匀地加热，并且相变有效地遍及粉末层同时发生。另外，金属粉末不需要达到显著高于转变温度的温度。当冷却以转变至较低温相时，该优势是较不太明显的，因为伴随电流在金属粉末中流动，趋势是加热。然而，在一个边界处的珀耳帖效应开始立即移除热，而不需要降低热砌块的温度。
热砌块的温度可以保持在低于转变温度的一定值，并且焦耳加热和珀耳帖冷却和加热可以用于增加循环速率。在这种情况中，在两个结点处的珀耳帖加热帮助金属粉末克服在那些结点处的低温。而且，在两个结点处的珀耳帖冷却帮助金属粉末恢复到在那些结点处的低温。可以向上和向下循环热砌块的温度以协助该过程。然而，一般而言，循环热砌块的温度的时间可能长于焦耳加热和珀耳帖效应的时间。
因此，一种装置包括展现第一塞贝克系数的第一电极和展现大于第一塞贝克系数的第二塞贝克系数的第二电极。在第一电极和第二电极之间的模腔允许导电颗粒——当放置在其中时——接触第一电极和第二电极，并且提供在第一电极和第二电极之间的导电路径。交流电源被电连接至第一电极和至第二电极。
电源被配置为允许选择性地改变电流流动方向以将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极或将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极。电源还被配置为允许产生足够的电流频率和足够的电流量以产生珀耳帖效应加热和珀耳帖效应冷却，其取决于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的电流流动方向。电流频率的足够性取决于通过颗粒的第一电极和第二电极之间的距离。装置包括压实机，其配置为由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变，当施加交流电以致密化颗粒时允许颗粒的充分压缩。
举例来说，当在20℃下测量时，第二塞贝克系数可以比第一塞贝克系数大5μv/k或更多。在第一电极和颗粒之间的结点处，第一电极可以由钼或钨组成或基本上由钼或钨组成。在第二电极和颗粒之间的结点处，第二电极可以由钯、石墨或康铜组成或基本上由钯、石墨或康铜组成。整个第一电极可以由钼或钨组成和/或整个第二电极可以由钯、石墨或康铜组成。足够的电流频率可以与电极之间的距离匹配。在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处，足够的电流可以是1-15amp/mm2。充分的压缩可以低于7ksi，如通过第一和/或第二电极在颗粒上所施加的。
此外，本公开内容包括根据下述条款的实施方式：
条款1.一种方法，其包括：
将主要包含钛的导电颗粒放置在第一电极和第二电极之间并且与第一电极和第二电极接触，该颗粒提供在第一电极和第二电极之间的导电路径，第一电极展现第一塞贝克系数，在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，第二电极展现比第一塞贝克系数大5μv/k或更多的第二塞贝克系数，并且在用于颗粒在α相和β相之间的相变的温度下，该颗粒展现与第一塞贝克系数和第二塞贝克系数相差至少20％的第三塞贝克系数；
当加热颗粒至高于相变温度1-10％的较高温度时在低于7ksi下压缩颗粒，加热包括将电流从第二电极通过颗粒施加至第一电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应生成热；
由于加热，使颗粒从α相相变为β相；
在颗粒的加热相变之后，当冷却颗粒至低于相变温度1-10％的较低的温度时，在低于7ksi下压缩颗粒，冷却包括将电流从第一电极通过颗粒施加至第二电极，并且因此由于在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处的珀耳帖效应移除热；
由于冷却，使颗粒从β相相变为α相；和
重复地循环加热相变和冷却相变，并且从而由于当压缩颗粒时的加热和冷却相变使颗粒超塑性地成形为整体部件。
条款2.根据条款1所述的方法，其中加热另外包括通过除珀耳帖效应以外的方式的至颗粒的传导性热传递。
条款3.根据条款1所述的方法，其中电流是以与电极之间的距离匹配的频率供给的交流电，并且在第一电极和颗粒之间的结点处和在第二电极和颗粒之间的结点处为1-15amp/mm2。
条款4.根据条款1所述的方法，其中颗粒包含在未完成部件的总体积中，从α相至β相的颗粒相变包括大于总体积的95％的相变，并且从β相至α相的颗粒相变包括大于总体积的95％的相变。
条款5.根据条款1所述的方法，其中使循环加热相变和冷却相变重复15-30次。
发明人明确地考虑，除不相容的地方以外，本文描述的用于个别方法和设备的各种选择不旨在被这样限制。即使在其它地方没有特别指示，本文的个别方法的特征和益处也可以用于与本文讨论的设备和其他方法组合使用。类似地，即使在其它地方没有特别指示，本文的个别设备的特征和益处也可以用于与本文讨论的方法和其他设备组合使用。
遵照法规，关于结构和方法特征，已经以或多或少特定的语言描述了实施方式。然而应理解，实施方式不限于显示和描述的具体特征。因此，在根据等同原则恰当阐释的所附权利要求的适当范围内的它们的形式或改进中的任一种中要求保护实施方式。
附图标记
10粉末
20侧壁
22基板
25热元件
32上电极
34下电极
40热砌块
45连接线
47导线束
50热砌块
55连接线
57导线束
60热元件
65压力
70电源
80槽
90柔性部分
100装置
“i”电流
“h”加热