放电等离子体烧结技术(SPS)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/5/25,#,课程：材料合成与制备,Spark Plasma Sintering,（,SPS,）,放电等离子体烧结技术,1,目录,放电等离子烧结（,SPS,）简介,放电等离子烧结（,SPS,）的基本原理,放电等离子烧结（,SPS,）的优缺点,放电等离子烧结（,SPS,）的应用,2,放电等离子体,烧结（,SPS,）简介,1930,年，美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理，直到,1965,年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了,SPS,技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此,SPS,技术没有得到推广应用。,SPS,技术的推广应用是从上个世纪,80,年代末期开始的。,1988,年日本研制出第一台工业型,SPS,装置，并在新材料研究领域内推广应用。,由于,SPS,技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国内外许多大学和科研机构都相继配备了,SPS,烧结系统，应用金属、陶瓷、复合材料及功能材料的制备，并利用,SPS,进行新材料的开发和研究。,2000,年,6,月武汉理工大学购置了国内首台,SPS,装置。,随后上海硅酸盐研究所、清华大学、武汉大学等高校及科研机构也相继引进了,SPS,装置，用来进行相关的科学研究。,SPS,的发展,3,放电等离子体,烧结（,SPS,）简介,放电等离子烧结,(Spark Plasma Sintering,简称,SPS),工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。,放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。,4,放电等离子体烧结（,SPS,）的基本原理,放电等离子体烧结系统示意图,5,放电等离子体烧结（,SPS,）的基本原理,放电过程中粉末粒子对的模型,粉末颗粒微区存在电场诱导的正负极，在脉冲电流作用下颗粒间发生放电，激发等离子体，由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分，使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用，电能贮存在颗粒团的介电层中，介电层发生间歇式快速放电，在粉末颗粒未接触部位,产生自发热。,6,放电等离子烧结（,SPS,）,的,优缺点,放电等离子烧结,(SPS),技术具有在较低温度下实现快速烧结致密材料的特点，与传统烧结方法相比，不仅可以节约能源、节省时间、提高设备效率，而且所得的烧结体晶粒均匀、致密度高、力学性能好，这对于工业生产和科学研究来说，在节约能源、提高生产效率方面都有极为重要的意义。,但是,SPS,的基础理论目前尚不完全清楚，需要进行大量实践与理论研究来完善，,SPS,需要增加设备的多功能性和脉冲电流的容量，以便做尺寸更大的产品；特别需要发展全自动化的,SPS,生产系统，以满足复杂形状、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产需要。,7,放电等离子烧结（,SPS,）的应用,由于其独特的烧结机理，,SPS,技术具有升温速度快、烧结温度低、烧结时间短、节能环保等特点，,SPS,已广泛应用于,纳米材料,、,梯度功能材料,、,金属材料,、,磁性材料,、,复合材料,、,陶瓷等材料,的制备,。,等离子体烧结技术的适用范围,8,放电等离子烧结（,SPS,）的应用,Materials Letters, Volume 196, 1 June 2017, Pages 403-405,将,1700 C,下用,SPS,分别烧结,3 min,和,5 min,的样品与常规方法在,1500 C,烧结,72 h,的样品对比可以看出使用,SPS,方法得到的样品所用时间更短，致密性更好,。,9,放电等离子烧结（,SPS,）的应用,Materials Letters 123 (2014) 142144,10,谢谢,