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sps放电等离子烧结炉介绍

发表时间:2014-12-24      点击次数:1053

SPS是Spark Plasma Sintering的简称,为放电等离子烧结·

放电等离子烧结(SPS)是一种快速、低温、节能、环保的材料制备新技术。

中 文 名    sps放电等离子烧结炉

类    别    环保的材料制备新技术

优    点    烧结速度快

领    域    功能梯度材料

1、发展

随着高新技术产业的发展,新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加,材料新的功能呼唤新的制备技术。放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)放电等离子烧结(SPS) 是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术. 由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体,因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点. 该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程,对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义,在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性,现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等功能材料的制备. 目前国内外许多大学和科研机构用SPS 进行新材料的研究与开发,并对其烧结机理与特点进行深入研究与探索,尤其是其快速升温的特点,可作为制备纳米块体材料的有效手段, 因而引起材料学界的特别关注. 但目前关于SPS 的烧结机理还存在争议,尤其是烧结的中间过程还有待于深入研究。

2、放电等离子烧结优点

放电等离子烧结由于强脉冲电流加在粉末颗粒间,因此可产生诸多有利于快速烧结的效应。其相比常规烧结技术有以下优点:

改进陶瓷显微结构和提高材料的性能

放电等离子烧结融等离子活化、热压、电阻加热为一体,升温速度快、烧结时间短、烧结温度低、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得材料的致密度高,并且有着操作简单、再现性高、安全可靠、节省空间、节省能源及成本低等优点。

3、等离子体烧结技术的原理

SPS烧结机理目前还没有达成较为统一的认识,其烧结的中间过程还有待于进一步研究。

目前一般认为:SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外,还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压,并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用,因而产生了一些SPS过程特有的现象 。

SPS中施加直流开关脉冲电流的作用 :

第一,由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动,可使粉末吸附的气体逸散,粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被击穿,使粉末得以净化、活化;

第二,由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生,在粉末颗粒未接触部位产生的放电热,以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热,都大大促进了粉末颗粒原子的扩散,其扩散系数比通常热压条件下的要大得多,从而达到粉末烧结的快速化;

第三,ON- OFF快速脉冲的加入,使粉末内的放电部位及焦耳发热部件,都会快速移动,使粉末的烧结能够均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程的一个特点。

SPS过程中,颗粒之间放电时,会瞬时产生高达几千度至1万度的局部高温,在颗粒表面引起蒸发和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量立即从发热中心传递到颗粒表面和向四周扩散,颈部快速冷却而使蒸汽压低于其他部位。

气相物质凝聚在颈部形成高于普通烧结方法的蒸发-凝固传递是SPS过程的另一个重要特点。 晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、晶界扩散都得到加强,加速了烧结致密化过程,因此用较低的温度和比较短的时间可得到高质量的烧结体。SPS过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分别对导电Cu粉和非导电Al2O3粉进行SPS烧结研究,认为导电材料和非导电材料存在不同的烧结机理,导电粉体中存在焦耳热效应和脉冲放电效应,而非导电粉体的烧结,主要源于模具的热传导。

放电等离子烧结的中间过程和现象十分复杂,许多科学家们对SPS的烧结过程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等对SPS过程中的电流和温度的分布进行了模拟,认为温度的分布和电流的分布紧密相关。

锚点锚点锚点应用领域

SPS设备为非常特殊的新型材料的制造提供了可能,诸如,

*可以再晶粒无显著长大的状态下烧结出纳米材料,

*复合材料

*碳化钨或其他硬质材料

*结构陶瓷和功能陶瓷。

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