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SPS放电等离子烧结炉的加工技术

时间:2024-07-09点击次数:3272

SPS等离子烧结炉的加工技术是一种高效、快速的粉末冶金烧结技术,广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料及纳米材料等领域。以下是对SPS等离子烧结炉加工技术的详细阐述,包括其机理、设备结构、发展与应用、技术优势等方面。


一、SPS等离子烧结炉的机理


SPS等离子烧结炉的机理主要基于放电等离子体的作用。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。这些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。同时,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。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,进而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、SPS等离子烧结炉的设备结构


SPS等离子烧结炉主要由以下几个部分组成:


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。

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。

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。

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。

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、SPS等离子烧结炉的发展与应用


SPS等离子烧结技术起源于上世纪30年代的美国,但直到上世纪90年代日本研究出比较成熟的SPS装置之后,才引起业界的广泛注意。日本在SPS技术的发展和应用上一直处于一定地位,从1988年研制出第一台工业型SPS装置开始,不断推出更先进的产品,大大提高了SPS技术的生产效率和烧结质量。目前,SPS技术已广泛应用于金属、陶瓷、复合材料及功能材料的制备领域。


在金属材料领域,SPS技术可用于制备熔点很高的难熔金属及其合金材料,如钨、钒、铌、钽、钼等。与真空烧结相比,SPS烧结用时更短,所获材料晶粒更细,力学性能更好。在陶瓷材料领域,SPS技术可制备多种陶瓷,包括碳化物、氮化物高温结构陶瓷、纳米陶瓷和纳米复合材料等。快速、低温、结构均匀、性能上佳是SPS制备陶瓷的普遍特点。此外,SPS技术还可用于制备梯度复合材料,如陶瓷-陶瓷、陶瓷-金属甚至陶瓷-高分子、金属-高分子等梯度材料。


四、SPS等离子烧结炉的技术优势


SPS等离子烧结炉具有以下技术优势:


升温速度快:由于直接利用放电等离子体加热粉末颗粒,SPS技术具有极快的升温速度。

烧结时间短:由于烧结过程在较低的温度下即可完成,因此SPS技术的烧结时间大大缩短。

组织结构可控:通过控制脉冲电流的参数和烧结过程中的气氛条件等因素,可实现对烧结体组织结构的精确控制。

节能环保:与传统烧结技术相比,SPS技术具有更低的能耗和更少的污染排放。

可制备多种材料:SPS技术可用于制备金属、陶瓷、复合材料及功能材料等多种材料。

五、总结


SPS等离子烧结炉作为一种高效、快速的粉末冶金烧结技术,在材料制备领域具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展和材料需求的不断增加,SPS技术将继续得到改进和完善,为材料科学的发展做出更大的贡献。

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