SPS是Spark Plasma Sintering的簡(jiǎn)稱(chēng)，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(huán)保的材料制備新技術(shù)。

中 文 名    sps放電等離子燒結爐

類(lèi)    別    環(huán)保的材料制備新技術(shù)

優(yōu)    點(diǎn)    燒結速度快

領(lǐng)    域    功能梯度材料

1、發(fā)展

隨著(zhù)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新型材料特別是新型功能材料的種類(lèi)和需求量不斷增加，材料新的功能呼喚新的制備技術(shù)。放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)SPS）放電等離子燒結(SPS) 是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的快速燒結技術(shù). 由于等離子活化燒結技術(shù)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(shí)間短、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得的材料致密度高、性能好等特點(diǎn). 該技術(shù)利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫場(chǎng)來(lái)實(shí)現燒結過(guò)程,對于實(shí)現優(yōu)質(zhì)高效、低耗低成本的材料制備具有重要意義,在納米材料、復合材料等的制備中顯示了極大的優(yōu)越性,現已應用于金屬、陶瓷、復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制備. 目前國內外許多大學(xué)和科研機構用SPS 進(jìn)行新材料的研究與開(kāi)發(fā),并對其燒結機理與特點(diǎn)進(jìn)行深入研究與探索,尤其是其快速升溫的特點(diǎn),可作為制備納米塊體材料的有效手段, 因而引起材料學(xué)界的特別關(guān)注. 但目前關(guān)于SPS 的燒結機理還存在爭議,尤其是燒結的中間過(guò)程還有待于深入研究。

2、放電等離子燒結優(yōu)點(diǎn)

放電等離子燒結由于強脈沖電流加在粉末顆粒間，因此可產(chǎn)生諸多有利于快速燒結的效應。其相比常規燒結技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

改進(jìn)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(shí)間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高，并且有著(zhù)操作簡(jiǎn)單、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3、等離子體燒結技術(shù)的原理

SPS燒結機理目前還沒(méi)有達成較為統一的認識，其燒結的中間過(guò)程還有待于進(jìn)一步研究。

目前一般認為：SPS過(guò)程除具有熱壓燒結的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進(jìn)燒結過(guò)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)生的自發(fā)熱作用，因而產(chǎn)生了一些SPS過(guò)程特有的現象 。

SPS中施加直流開(kāi)關(guān)脈沖電流的作用 ：

第一，由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場(chǎng)中反方向的高速流動(dòng)，可使粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被擊穿，使粉末得以?xún)艋?、活化?/p>

第二，由于脈沖是瞬間、斷續、高頻率發(fā)生，在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱，以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱，都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴散，其擴散系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快速脈沖的加入，使粉末內的放電部位及焦耳發(fā)熱部件，都會(huì )快速移動(dòng)，使粉末的燒結能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結合處是SPS過(guò)程的一個(gè)特點(diǎn)。

SPS過(guò)程中，顆粒之間放電時(shí)，會(huì )瞬時(shí)產(chǎn)生高達幾千度至1萬(wàn)度的局部高溫，在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化，在顆粒接觸點(diǎn)形成頸部，由于熱量立即從發(fā)熱中心傳遞到顆粒表面和向四周擴散，頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。

氣相物質(zhì)凝聚在頸部形成高于普通燒結方法的蒸發(fā)-凝固傳遞是SPS過(guò)程的另一個(gè)重要特點(diǎn)。 晶粒受脈沖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(guò)程，因此用較低的溫度和比較短的時(shí)間可得到高質(zhì)量的燒結體。SPS過(guò)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(jìn)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沖放電效應，而非導電粉體的燒結，主要源于模具的熱傳導。

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

錨點(diǎn)錨點(diǎn)錨點(diǎn)應用領(lǐng)域

SPS設備為非常特殊的新型材料的制造提供了可能，諸如，

*可以再晶粒無(wú)顯著(zhù)長(cháng)大的狀態(tài)下燒結出納米材料，

*復合材料

*碳化鎢或其他硬質(zhì)材料

*結構陶瓷和功能陶瓷。