SPS是Spark Plasma Sintering的簡(jiǎn)稱，為放電等離子燒結(jié)·

放電等離子燒結(jié)（SPS）是一種快速、低溫、節(jié)能、環(huán)保的材料制備新技術(shù)。

中 文 名    sps放電等離子燒結(jié)爐

類    別    環(huán)保的材料制備新技術(shù)

優(yōu)    點(diǎn)    燒結(jié)速度快

領(lǐng)    域    功能梯度材料

1、發(fā)展

隨著高新技術(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(jié)（Spark Plasma Sintering，簡(jiǎn)稱SPS）放電等離子燒結(jié)(SPS) 是近年來發(fā)展起來的一種新型的快速燒結(jié)技術(shù). 由于等離子活化燒結(jié)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(jié)時(shí)間短、晶粒均勻、有利于控制燒結(jié)體的細(xì)微結(jié)構(gòu)、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)來實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程,對(duì)于實(shí)現(xiàn)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(fù)合材料等的制備中顯示了極大的優(yōu)越性,現(xiàn)已應(yīng)用于金屬、陶瓷、復(fù)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(guó)內(nèi)外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)用SPS 進(jìn)行新材料的研究與開發(fā),并對(duì)其燒結(jié)機(jī)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(jié)機(jī)理還存在爭(zhēng)議,尤其是燒結(jié)的中間過程還有待于深入研究。

2、放電等離子燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)

放電等離子燒結(jié)由于強(qiáng)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(jié)的效應(yīng)。其相比常規(guī)燒結(jié)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

改進(jìn)陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和提高材料的性能

放電等離子燒結(jié)融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體，升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結(jié)體的細(xì)微結(jié)構(gòu)、獲得材料的致密度高，并且有著操作簡(jiǎn)單、再現(xiàn)性高、安全可靠、節(jié)省空間、節(jié)省能源及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3、等離子體燒結(jié)技術(shù)的原理

SPS燒結(jié)機(jī)理目前還沒有達(dá)成較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其燒結(jié)的中間過程還有待于進(jìn)一步研究。

目前一般認(rèn)為：SPS過程除具有熱壓燒結(jié)的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進(jìn)燒結(jié)過程外，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過程特有的現(xiàn)象 。

SPS中施加直流開關(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，使粉末得以凈化、活化；

第二，由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、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(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多，從而達(dá)到粉末燒結(jié)的快速化;

第三，ON- OFF快速脈沖的加入，使粉末內(nèi)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(jié)能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結(jié)合處是SPS過程的一個(gè)特點(diǎn)。

SPS過程中，顆粒之間放電時(shí)，會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生高達(dá)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(kuò)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(jié)方法的蒸發(fā)-凝固傳遞是SPS過程的另一個(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(kuò)散、晶界擴(kuò)散都得到加強(qiáng)，加速了燒結(jié)致密化過程，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(jié)體。SPS過程可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對(duì)導(dǎo)電Cu粉和非導(dǎo)電Al2O3粉進(jìn)行SPS燒結(jié)研究，認(rèn)為導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料存在不同的燒結(jié)機(jī)理，導(dǎo)電粉體中存在焦耳熱效應(yīng)和脈沖放電效應(yīng)，而非導(dǎo)電粉體的燒結(jié)，主要源于模具的熱傳導(dǎo)。

放電等離子燒結(jié)的中間過程和現(xiàn)象十分復(fù)雜，許多科學(xué)家們對(duì)SPS的燒結(jié)過程建立了模型。U.Anselmi-Tamburini等對(duì)SPS過程中的電流和溫度的分布進(jìn)行了模擬，認(rèn)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(yīng)用領(lǐng)域

SPS設(shè)備為非常特殊的新型材料的制造提供了可能，諸如，

*可以再晶粒無顯著長(zhǎng)大的狀態(tài)下燒結(jié)出納米材料，

*復(fù)合材料

*碳化鎢或其他硬質(zhì)材料

*結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。