放電等離子體燒結(jié)技術(shù)(SPS)PPT

1、課程：材料合成與制備課程：材料合成與制備Spark Plasma Sintering（SPS）放電等離子體燒結(jié)技術(shù)放電等離子體燒結(jié)技術(shù)1目錄目錄1. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介2. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理3. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的優(yōu)缺點(diǎn)）的優(yōu)缺點(diǎn)4. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用2放電等離子體放電等離子體燒結(jié)（燒結(jié)（SPS）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介1930年，美國(guó)科學(xué)家提出利用等離子體脈沖電流燒結(jié)原理，直到年，美國(guó)科學(xué)家提出利用等離子體脈沖電流燒結(jié)原理，直到1965年，脈沖電年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)才

2、在美、日等國(guó)得到應(yīng)用。日本獲得了流燒結(jié)技術(shù)才在美、日等國(guó)得到應(yīng)用。日本獲得了SPS技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此SPS技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。SPS技術(shù)的推廣應(yīng)用是從上個(gè)世紀(jì)技術(shù)的推廣應(yīng)用是從上個(gè)世紀(jì)80年代末期開始的。年代末期開始的。1988年日本研制出第一臺(tái)工業(yè)型年日本研制出第一臺(tái)工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用。裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用。由于由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、高效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)和科研機(jī)技術(shù)具有快速、低溫、高效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國(guó)內(nèi)

3、外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，應(yīng)用金屬、陶瓷、復(fù)合材料及功能材料的制備，燒結(jié)系統(tǒng)，應(yīng)用金屬、陶瓷、復(fù)合材料及功能材料的制備，并利用并利用SPS進(jìn)行新材料的開發(fā)和研究。進(jìn)行新材料的開發(fā)和研究。2000年年6月武漢理工大學(xué)購(gòu)置了國(guó)內(nèi)首臺(tái)月武漢理工大學(xué)購(gòu)置了國(guó)內(nèi)首臺(tái)SPS裝置。裝置。隨后上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等高校及科研機(jī)構(gòu)也相繼引進(jìn)了隨后上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等高校及科研機(jī)構(gòu)也相繼引進(jìn)了SPS裝置，用來進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究。裝置，用來進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究。SPS的發(fā)展的發(fā)展3放電等離子體放電等離子體燒結(jié)（燒結(jié)（SPS）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介放電等離子燒結(jié)

4、放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱SPS)工藝是將金屬等粉末裝入工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新的粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。種新的粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。放電等離子燒結(jié)具有在加壓過程中燒結(jié)的特點(diǎn)，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體放電等離子燒結(jié)具有在加壓過程中燒結(jié)的特點(diǎn)，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體及燒結(jié)過程中的加壓有利于降低粉

5、末的燒結(jié)溫度。同時(shí)低電壓、高電流的特征，及燒結(jié)過程中的加壓有利于降低粉末的燒結(jié)溫度。同時(shí)低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結(jié)致密。能使粉末快速燒結(jié)致密。4放電等離子體燒結(jié)（放電等離子體燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理放電等離子體燒結(jié)系統(tǒng)示意圖放電等離子體燒結(jié)系統(tǒng)示意圖5放電等離子體燒結(jié)（放電等離子體燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理放電過程中粉末粒子對(duì)的模型放電過程中粉末粒子對(duì)的模型粉末顆粒微區(qū)存在電場(chǎng)誘粉末顆粒微區(qū)存在電場(chǎng)誘導(dǎo)的正負(fù)極，在脈沖電流作用導(dǎo)的正負(fù)極，在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆

6、粒間的接觸部分，使物撞擊顆粒間的接觸部分，使物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用，電能貯存在顆粒團(tuán)活化作用，電能貯存在顆粒團(tuán)的介電層中，介電層發(fā)生間歇的介電層中，介電層發(fā)生間歇式快速放電，在粉末顆粒未接式快速放電，在粉末顆粒未接觸部位觸部位產(chǎn)生自發(fā)熱。產(chǎn)生自發(fā)熱。6放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)放電等離子燒結(jié)放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)具有在較低溫度下實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)致密材技術(shù)具有在較低溫度下實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)致密材料的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，不僅可以節(jié)約能源、節(jié)省時(shí)間、提高料的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，不僅可以節(jié)約能源、節(jié)省時(shí)間、提高設(shè)備效率，而且

7、所得的燒結(jié)體晶粒均勻、致密度高、力學(xué)性能好，這對(duì)設(shè)備效率，而且所得的燒結(jié)體晶粒均勻、致密度高、力學(xué)性能好，這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究來說，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面都有極為于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究來說，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面都有極為重要的意義。重要的意義。 但是但是SPS的基礎(chǔ)理論目前尚不完全清楚，需要進(jìn)行大量實(shí)踐與理論的基礎(chǔ)理論目前尚不完全清楚，需要進(jìn)行大量實(shí)踐與理論研究來完善，研究來完善，SPS需要增加設(shè)備的多功能性和脈沖電流的容量，以便做需要增加設(shè)備的多功能性和脈沖電流的容量，以便做尺寸更大的產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動(dòng)化的尺寸更大的產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動(dòng)化的SPS生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜生

8、產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜形狀、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)需要。形狀、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)需要。7放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用 由于其獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)理，由于其獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)理，SPS技術(shù)具有升溫速度快、技術(shù)具有升溫速度快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，SPS已廣已廣泛應(yīng)用于泛應(yīng)用于納米材料納米材料、梯度功能材料梯度功能材料、金屬材料金屬材料、磁性材磁性材料料、復(fù)合材料復(fù)合材料、陶瓷等材料陶瓷等材料的制備的制備。等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍8放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用Materials Letters, Volume 196, 1 June 2017, Pages 403-405將將1700 C下用下用SPS分別燒結(jié)分別燒結(jié)3 min和和5 min的樣品與常規(guī)方法在的樣品與常規(guī)方法在1500 C燒結(jié)燒結(jié)72