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1、放电等离子体烧结技术(SPS)目录目录1.放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）简介）简介2.放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的基本原理）的基本原理3.放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的优缺点）的优缺点4.放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的应用）的应用2放电等离子体烧结（放电等离子体烧结（SPS）简介）简介1930年年，美美国国科科学学家家提提出出利利用用等等离离子子体体脉脉冲冲电电流流烧烧结结原原理理，直直到到1965年年，脉脉冲冲电电流流烧烧结结技技术术才才在在美美、日日等等国国得得到到应应用用。日日本本获获得得了了SPS技技术术的的专专利利，但但当当时时未未能能
2、解解决该技术存在的生产效率低等问题，因此决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。技术没有得到推广应用。SPS技术的推广应用是从上个世纪技术的推广应用是从上个世纪80年代末期开始的。年代末期开始的。1988年日本研制出第一台工业型年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广应用。装置，并在新材料研究领域内推广应用。由由于于SPS技技术术具具有有快快速速、低低温温、高高效效率率等等优优点点，近近几几年年国国内内外外许许多多大大学学和和科科研研机机构构都都相相继继配配备备了了SPS烧烧结结系系统统，应应用用金金属属、陶陶瓷瓷、复复合合材材料料及及功功能能材材料
3、料的的制制备备，并并利利用用SPS进行新材料的开发和研究。进行新材料的开发和研究。2000年年6月武汉理工大学购置了国内首台月武汉理工大学购置了国内首台SPS装置。装置。随随后后上上海海硅硅酸酸盐盐研研究究所所、清清华华大大学学、武武汉汉大大学学等等高高校校及及科科研研机机构构也也相相继继引引进进了了SPS装置，用来进行相关的科学研究。装置，用来进行相关的科学研究。SPS的发展的发展3放电等离子体烧结（放电等离子体烧结（SPS）简介）简介放电等离子烧结放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称简称SPS)工艺是将金属等粉末装入工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内
4、，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。种新的粉末冶金烧结技术。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。能使粉末快速
5、烧结致密。4放电等离子体烧结（放电等离子体烧结（SPS）的基本原理）的基本原理放电等离子体烧结系统示意图放电等离子体烧结系统示意图5放电等离子体烧结（放电等离子体烧结（SPS）的基本原理）的基本原理放电过程中粉末粒子对的模型放电过程中粉末粒子对的模型粉末颗粒微区存在电场诱粉末颗粒微区存在电场诱导的正负极，在脉冲电流作用导的正负极，在脉冲电流作用下颗粒间发生放电，激发等离下颗粒间发生放电，激发等离子体，由放电产生的高能粒子子体，由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分，使物撞击颗粒间的接触部分，使物质产生蒸发作用而起到净化和质产生蒸发作用而起到净化和活化作用，电能贮存在颗粒团活化作用，电能贮存在
6、颗粒团的介电层中，介电层发生间歇的介电层中，介电层发生间歇式快速放电，在粉末颗粒未接式快速放电，在粉末颗粒未接触部位产生自发热。触部位产生自发热。6放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的优缺点）的优缺点放电等离子烧结放电等离子烧结(SPS)技术具有在较低温度下实现快速烧结致密材料技术具有在较低温度下实现快速烧结致密材料的特点，与传统烧结方法相比，不仅可以节约能源、节省时间、提高设的特点，与传统烧结方法相比，不仅可以节约能源、节省时间、提高设备效率，而且所得的烧结体晶粒均匀、致密度高、力学性能好，这对于备效率，而且所得的烧结体晶粒均匀、致密度高、力学性能好，这对于工业生产和科学研究来说，在节
7、约能源、提高生产效率方面都有极为重工业生产和科学研究来说，在节约能源、提高生产效率方面都有极为重要的意义。要的意义。但是但是SPS的基础理论目前尚不完全清楚，需要进行大量实践与的基础理论目前尚不完全清楚，需要进行大量实践与理论研究来完善，理论研究来完善，SPS需要增加设备的多功能性和脉冲电流的容量，以需要增加设备的多功能性和脉冲电流的容量，以便做尺寸更大的产品；特别需要发展全自动化的便做尺寸更大的产品；特别需要发展全自动化的SPS生产系统，以满足生产系统，以满足复杂形状、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产需要。复杂形状、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产需要。7放电等离子烧结（放电等离子烧
8、结（SPS）的应用）的应用 由由于于其其独独特特的的烧烧结结机机理理，SPS技技术术具具有有升升温温速速度度快快、烧烧结结温温度度低低、烧烧结结时时间间短短、节节能能环环保保等等特特点点，SPS已已广广泛泛应应用用于于纳纳米米材材料料、梯梯度度功功能能材材料料、金金属属材材料料、磁磁性性材材料料、复合材料复合材料、陶瓷等材料陶瓷等材料的制备。的制备。等离子体烧结技术的适用范围等离子体烧结技术的适用范围8大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点9放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的应用）的应用Materials Letters,Volume 196,1 June 2017,Pages 403-405将将1700 C下用下用SPS分别烧结分别烧结3 min和和5 min的样品与常规方法在的样品与常规方法在1500 C烧结烧结72 h的样品对比可以看出使用的样品对比可以看出使用SPS方法得到的样品所用时间更短，致密性更好方法得到的样品所用时间更短，致密性更好。10放电等离子烧结（放电等离子烧结（SPS）的应用）的应用Materials Letters 123(2014)14214411