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放电等离子烧结（SPS）的机理与设备简介
来源： 时间：2023-12-15 09:38:25 浏览：908次

放电等离子烧结（SPS）的机理与设备简介

 

放电等离子烧结（SPS，Spark Plasma Sintering）是一种高效、快速的粉末冶金烧结技术。它利用低电压、高电流的直流脉冲在粉末颗粒之间产生放电等离子体，通过瞬间高温和电磁力实现粉末的快速烧结；SPS技术具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点，广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料、纳米材料等领域。

 

 

 

一、机理

1. 等离子体生成：当脉冲电流通过粉末颗粒时，颗粒之间的气隙发生电火花放电，产生高温等离子体；等离子体中的活性粒子具有较高的能量，能够促进粉末颗粒表面的氧化膜分解，提高粉末表面的活性。

2. 颗粒表面活化：等离子体中的活性粒子与粉末颗粒表面发生反应，去除氧化膜，暴露出新鲜的金属表面；这有助于提高粉末颗粒的表面活性，降低烧结过程中的扩散阻力。

3. 电磁力作用：脉冲电流在粉末颗粒之间产生电磁力，使颗粒之间产生局部塑性变形，促进颗粒间的接触和粘结；同时，电磁力有助于粉末颗粒在烧结过程中保持良好的导电性，降低电阻，提高烧结效率。

4. 热压烧结：在放电等离子体作用下，粉末颗粒表面的温度迅速升高，达到烧结温度；在较低的外部压力作用下，粉末颗粒发生塑性变形，形成紧密的烧结体。

 

二、设备简介

1. SPS系统基本结构：SPS系统主要由垂直加压系统、水冷系统、气氛控制系统、脉冲电流发生器和控制器等组成。

2. 垂直加压系统：垂直加压系统用于对粉末材料施加外部压力，使其在烧结过程中保持紧密排列；加压系统通常采用液压或气压驱动，可实现稳定的压力输出。

3. 水冷系统：水冷系统用于冷却烧结模具和粉末材料，以防止过热；水冷系统通常由冷却水循环泵、冷却水管路和散热器等组成。

4. 气氛控制系统：气氛控制系统用于控制烧结过程中的气氛条件，如真空、氩气等；气氛控制系统通常包括真空泵、气体流量计、气体阀门等组件。

5. 脉冲电流发生器和控制器：脉冲电流发生器和控制器用于产生和控制烧结过程中的脉冲电流；脉冲电流发生器通常采用可控硅或IGBT等器件，控制器则用于设置脉冲电流的参数，如电流大小、脉冲宽度等。

6. 烧结模具：烧结模具是SPS系统的核心部件，用于承载粉末材料并实现放电等离子烧结；烧结模具通常由导电材料制成，具有良好的导电性和热稳定性。

 

三、优势与应用

1. 优势：SPS放电等离子烧结具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点；相较于传统烧结方法，SPS技术能够在较低的温度下实现高质量烧结，降低生产成本。

2. 应用：SPS放电等离子烧结广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料、纳米材料等领域；具体应用包括功能梯度材料、生物材料、超细或纳米晶WC-Co硬质材料、镁合金等新材料制备。

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字，很多小语种，有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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