放電等離子燒結(jié)技術(shù)詳解

1、放電等離子燒結(jié)技術(shù)詳解導(dǎo)讀放電等離子燒結(jié)(SPS)又稱等離子活化燒結(jié)或等離子輔 助燒結(jié)，是近年發(fā)展起來的一種快速、節(jié)能、環(huán)保的材料制備加工新 技術(shù)，可廣泛用于磁性材料、梯度功能材料、納米陶瓷、纖維增強(qiáng)陶 瓷和金屬間復(fù)合材料等一系列新型材料的燒結(jié)。一、放電等離子燒結(jié)技術(shù)的特點(diǎn)SPS勺主要特點(diǎn)是利用加熱和表面活化實(shí)現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié),其具 有升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)溫度低、加熱均勻、生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源等 優(yōu)點(diǎn)，除此之外由于等離子體的活化和快速升溫?zé)Y(jié)的綜合作用，抑制了晶粒的長大，保持了原始顆粒的微觀結(jié)構(gòu)，從而在本質(zhì)上提高了燒結(jié)體的性能， 并使得 最終的產(chǎn)品具有組織細(xì)小均勻、能保持原材料

2、的自然狀態(tài)、致密度高等特點(diǎn)，與 熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)相比,SPSS置操作簡單。二、放電等離子燒結(jié)技術(shù)的燒結(jié)機(jī)理SPSg集等離子活化、熱壓和電阻加熱為一體的燒結(jié)技術(shù)。對于SPS的燒結(jié)機(jī)理，一般認(rèn)為，SPS程除具有熱壓燒結(jié)的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進(jìn) 燒結(jié)過程外，還在粉末顆粒間產(chǎn)生直流脈沖電壓，并有效利用了粉體顆粒間放電 產(chǎn)生的表面活化作用和自發(fā)熱作用，因而產(chǎn)生了 SPS過程所特有的有益于燒結(jié)的 現(xiàn)象。效累技術(shù)優(yōu)跨開4施加直流開關(guān)脈沖電流的作用SPS燒結(jié)系統(tǒng)主要由軸向壓力裝置、水冷沖頭電極、真空腔體、氣氛控制系 統(tǒng)、直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量和安全控制單元等幾部分組成；其 中最主要

3、的是通-斷脈沖電源，通過通-斷脈沖電源可以產(chǎn)生放電等離子體、 焦耳 熱、放電沖擊壓和電場輔助擴(kuò)散效應(yīng)。新冷開關(guān)理制系嫵津正事統(tǒng)離子燒結(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖三、放電等離子燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用SPS燒結(jié)升溫速度快，燒結(jié)時(shí)間短，既可以用于低溫、高壓(5001000Mpa, 又可以用于低壓(2030MPa、高溫(10002000C)的燒結(jié)，因此可廣泛的應(yīng) 用于金屬、陶瓷和各種復(fù)合材料的燒結(jié)。適合SPS制備的材料類別適合SPS制備的材料金屬Fe. Cu. AL Au. Cn Md. Sn. Ti. W、等金屬材料軟化物陶澆ALOh ZrOs. MgO. SiO2. TiO2. HfO2碳化物陶汽SiC、B4C. T

4、aC. TiC、WC、ZrC. VC氮化物陶優(yōu)ShN4r TaN、UN、AIN. ZrN. VN硼化物陶瓷TiBn Hf電、LaBs、比、VB2氟化物陶汽LiF. CaFz MgP2金屬陶瓷SbN4iNi. Ah(h+Ni. ZQ+NN AhO3+TiC BN+Fe, WC+Co+Fe金屬間化合物TiAI MoSi八與正5、NiAk LaBaCuOi SmsCoi7 rrrrrrVVrrrrrrv其他材料有機(jī)材料、復(fù)合材料1、制備納米材料納米材料因其具有高強(qiáng)度高塑性而具有廣闊的應(yīng)用前景，如何抑制晶粒的長大是獲得納米材料的關(guān)鍵。放電等離子燒結(jié)技術(shù)由于升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短可 以極大地抑制待燒結(jié)樣

5、品內(nèi)部的晶粒的長大，從而可以獲得晶粒為納米級別的材 料，尤其適用于通過機(jī)械合金化等方法獲得的粉末的燒結(jié)。2、制備大塊非晶合金大塊非晶合金因其具有高強(qiáng)度、高彈性模量和優(yōu)異的耐腐蝕性能而成為新型 的功能和工程材料。目前制備大塊非晶合金的方法主要通過機(jī)械合金化制備非品 合金粉末，再利用放電等離子燒結(jié)方法在低溫高壓條件下對非晶合金粉末進(jìn)行燒 結(jié)。3、制備梯度功能材料梯度功能材料是一種組成在某個(gè)方向上梯度分布的復(fù)合材料，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用 CVD PV/方法制備梯度材料，成本很高，也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。應(yīng)用 SP昉法可以很好地克服這一難點(diǎn)，實(shí) 現(xiàn)燒結(jié)溫度的梯度分布。4、高致密度、細(xì)晶粒陶瓷和金屬陶瓷在SPS過程中，樣品中每一個(gè)粉末顆粒及其相互間的孔隙本身都可能是發(fā)熱 源，用通常方法燒結(jié)時(shí)所必需的傳熱過程在 SPS中可以忽略不計(jì)，因此燒結(jié)時(shí)間 可以大為縮短，燒結(jié)溫度也可以明顯降低。對于制備高致密度、細(xì)晶粒陶瓷，SPS 是一種很有優(yōu)勢的燒結(jié)手段。用SPS來制備高密度、細(xì)晶粒陶瓷不僅降低了溫度和提高了燒結(jié)致密度，更 主要的是大幅縮短了燒結(jié)時(shí)間，這對于工業(yè)生產(chǎn)來說，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效 率等方面都具有重要的意義。四、結(jié)語放電等離子燒結(jié)技術(shù)具有在較低溫度下實(shí)