放電等離子體燒結(jié)技術(shù)(SPS)PPT

1、課程：材料合成與制備課程：材料合成與制備Spark Plasma Sintering（SPS）放電等離子體燒結(jié)技術(shù)放電等離子體燒結(jié)技術(shù)1目錄目錄1. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）簡介）簡介2. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理3. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的優(yōu)缺點(diǎn)）的優(yōu)缺點(diǎn)4. 放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用2放電等離子體放電等離子體燒結(jié)（燒結(jié)（SPS）簡介）簡介1930年，美國科學(xué)家提出利用等離子體脈沖電流燒結(jié)原理，直到年，美國科學(xué)家提出利用等離子體脈沖電流燒結(jié)原理，直到1965年，脈沖電年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)才

2、在美、日等國得到應(yīng)用。日本獲得了流燒結(jié)技術(shù)才在美、日等國得到應(yīng)用。日本獲得了SPS技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此SPS技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。SPS技術(shù)的推廣應(yīng)用是從上個世紀(jì)技術(shù)的推廣應(yīng)用是從上個世紀(jì)80年代末期開始的。年代末期開始的。1988年日本研制出第一臺工業(yè)型年日本研制出第一臺工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用。裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用。由于由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、高效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國內(nèi)外許多大學(xué)和科研機(jī)技術(shù)具有快速、低溫、高效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國內(nèi)

3、外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，應(yīng)用金屬、陶瓷、復(fù)合材料及功能材料的制備，燒結(jié)系統(tǒng)，應(yīng)用金屬、陶瓷、復(fù)合材料及功能材料的制備，并利用并利用SPS進(jìn)行新材料的開發(fā)和研究。進(jìn)行新材料的開發(fā)和研究。2000年年6月武漢理工大學(xué)購置了國內(nèi)首臺月武漢理工大學(xué)購置了國內(nèi)首臺SPS裝置。裝置。隨后上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等高校及科研機(jī)構(gòu)也相繼引進(jìn)了隨后上海硅酸鹽研究所、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等高校及科研機(jī)構(gòu)也相繼引進(jìn)了SPS裝置，用來進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究。裝置，用來進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究。SPS的發(fā)展的發(fā)展3放電等離子體放電等離子體燒結(jié)（燒結(jié)（SPS）簡介）簡介放電等離子燒結(jié)

4、放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering,簡稱簡稱SPS)工藝是將金屬等粉末裝入工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新的粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。種新的粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。放電等離子燒結(jié)具有在加壓過程中燒結(jié)的特點(diǎn)，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體放電等離子燒結(jié)具有在加壓過程中燒結(jié)的特點(diǎn)，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體及燒結(jié)過程中的加壓有利于降低粉

5、末的燒結(jié)溫度。同時(shí)低電壓、高電流的特征，及燒結(jié)過程中的加壓有利于降低粉末的燒結(jié)溫度。同時(shí)低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結(jié)致密。能使粉末快速燒結(jié)致密。4放電等離子體燒結(jié)（放電等離子體燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理放電等離子體燒結(jié)系統(tǒng)示意圖放電等離子體燒結(jié)系統(tǒng)示意圖5放電等離子體燒結(jié)（放電等離子體燒結(jié)（SPS）的基本原理）的基本原理放電過程中粉末粒子對的模型放電過程中粉末粒子對的模型粉末顆粒微區(qū)存在電場誘粉末顆粒微區(qū)存在電場誘導(dǎo)的正負(fù)極，在脈沖電流作用導(dǎo)的正負(fù)極，在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆

6、粒間的接觸部分，使物撞擊顆粒間的接觸部分，使物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用，電能貯存在顆粒團(tuán)活化作用，電能貯存在顆粒團(tuán)的介電層中，介電層發(fā)生間歇的介電層中，介電層發(fā)生間歇式快速放電，在粉末顆粒未接式快速放電，在粉末顆粒未接觸部位觸部位產(chǎn)生自發(fā)熱。產(chǎn)生自發(fā)熱。6放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)放電等離子燒結(jié)放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)具有在較低溫度下實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)致密材技術(shù)具有在較低溫度下實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)致密材料的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，不僅可以節(jié)約能源、節(jié)省時(shí)間、提高料的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，不僅可以節(jié)約能源、節(jié)省時(shí)間、提高設(shè)備效率，而且

7、所得的燒結(jié)體晶粒均勻、致密度高、力學(xué)性能好，這對設(shè)備效率，而且所得的燒結(jié)體晶粒均勻、致密度高、力學(xué)性能好，這對于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究來說，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面都有極為于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究來說，在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面都有極為重要的意義。重要的意義。 但是但是SPS的基礎(chǔ)理論目前尚不完全清楚，需要進(jìn)行大量實(shí)踐與理論的基礎(chǔ)理論目前尚不完全清楚，需要進(jìn)行大量實(shí)踐與理論研究來完善，研究來完善，SPS需要增加設(shè)備的多功能性和脈沖電流的容量，以便做需要增加設(shè)備的多功能性和脈沖電流的容量，以便做尺寸更大的產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動化的尺寸更大的產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動化的SPS生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜生

8、產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜形狀、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)需要。形狀、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)需要。7放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用 由于其獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)理，由于其獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)理，SPS技術(shù)具有升溫速度快、技術(shù)具有升溫速度快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，SPS已廣已廣泛應(yīng)用于泛應(yīng)用于納米材料納米材料、梯度功能材料梯度功能材料、金屬材料金屬材料、磁性材磁性材料料、復(fù)合材料復(fù)合材料、陶瓷等材料陶瓷等材料的制備的制備。等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍8放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（SPS）的應(yīng)用）的應(yīng)用Materials Letters, Volume 196, 1 June 2017, Pages 403-405將將1700 C下用下用SPS分別燒結(jié)分別燒結(jié)3 min和和5 min的樣品與常規(guī)方法在的樣品與常規(guī)方法在1500 C燒結(jié)燒結(jié)72