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sps放電等離子燒結爐介紹

日期:2020-12-23 00:00:00點擊次數:844

SPS是Spark Plasma Sintering的簡稱,為放電等離子燒結·

放電等離子燒結(SPS)是一種快速、低溫、節能、環保的材料製備新技術。

中 文 名    sps放電等離子燒結爐

類    別    環保的材料製備新技術

優    點    燒結速度快

領    域    功能梯度材料

1、發展

隨著高新技術產業的發展,新型材料特別是新型功能材料的種類和需求量不斷增加,材料新的功能呼喚新的製備技術。放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS)放電等離子燒結(SPS) 是近年來發展起來的一種新型的快速燒結技術. 由於等離子活化燒結技術融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體,因而具有升溫速度快、燒結時間短、晶粒均勻、有利於控製燒結體的細微結構、獲得的材料致密度高、性能好等特點. 該技術利用脈衝能、放電脈衝壓力和焦耳熱產生的瞬時高溫場來實現燒結過程,對於實現優質高效、低耗低成本的材料製備具有重要意義,在納米材料、複合材料等的製備中顯示了極大的優越性,現已應用於金屬、陶瓷、複合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等功能材料的製備. 目前國內外許多大學和科研機構用SPS 進行新材料的研究與開發,並對其燒結機理與特點進行深入研究與探索,尤其是其快速升溫的特點,可作為製備納米塊體材料的有效手段, 因而引起材料學界的特別關注. 但目前關於SPS 的燒結機理還存在爭議,尤其是燒結的中間過程還有待於深入研究。

2、放電等離子燒結優點

放電等離子燒結由於強脈衝電流加在粉末顆粒間,因此可產生諸多有利於快速燒結的效應。其相比常規燒結技術有以下優點:

改進陶瓷顯微結構和提高材料的性能

放電等離子燒結融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體,升溫速度快、燒結時間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利於控製燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高,並且有著操作簡單、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低等優點。

3、等離子體燒結技術的原理

SPS燒結機理目前還沒有達成較為統一的認識,其燒結的中間過程還有待於進一步研究。

目前一般認為:SPS過程除具有熱壓燒結的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進燒結過程外,還在粉末顆粒間產生直流脈衝電壓,並有效利用了粉體顆粒間放電產生的自發熱作用,因而產生了一些SPS過程特有的現象 。

SPS中施加直流開關脈衝電流的作用 :

第一,由於脈衝放電產生的放電衝擊波以及電子、離子在電場中反方向的高速流動,可使粉末吸附的氣體逸散,粉末表麵的起始氧化膜在一定程度上被擊穿,使粉末得以淨化、活化;

第二,由於脈衝是瞬間、斷續、高頻率發生,在粉末顆粒未接觸部位產生的放電熱,以及粉末顆粒接觸部位產生的焦耳熱,都大大促進了粉末顆粒原子的擴散,其擴散係數比通常熱壓條件下的要大得多,從而達到粉末燒結的快速化;

第三,ON- OFF快速脈衝的加入,使粉末內的放電部位及焦耳發熱部件,都會快速移動,使粉末的燒結能夠均勻化。使脈衝集中在晶粒結合處是SPS過程的一個特點。

SPS過程中,顆粒之間放電時,會瞬時產生高達幾千度至1萬度的局部高溫,在顆粒表麵引起蒸發和熔化,在顆粒接觸點形成頸部,由於熱量立即從發熱中心傳遞到顆粒表麵和向四周擴散,頸部快速冷卻而使蒸汽壓低於其他部位。

氣相物質凝聚在頸部形成高於普通燒結方法的蒸發-凝固傳遞是SPS過程的另一個重要特點。 晶粒受脈衝電流加熱和垂直單向壓力的作用,體擴散、晶界擴散都得到加強,加速了燒結致密化過程,因此用較低的溫度和比較短的時間可得到高質量的燒結體。SPS過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對導電Cu粉和非導電Al2O3粉進行SPS燒結研究,認為導電材料和非導電材料存在不同的燒結機理,導電粉體中存在焦耳熱效應和脈衝放電效應,而非導電粉體的燒結,主要源於模具的熱傳導。

放電等離子燒結的中間過程和現象十分複雜,許多科學家們對SPS的燒結過程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等對SPS過程中的電流和溫度的分布進行了模擬,認為溫度的分布和電流的分布緊密相關。

錨點錨點錨點應用領域

SPS設備為非常特殊的新型材料的製造提供了可能,諸如,

*可以再晶粒無顯著長大的狀態下燒結出納米材料,

*複合材料

*碳化鎢或其他硬質材料

*結構陶瓷和功能陶瓷。

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