SPS技術(shù)研究現狀

粉末冶金技術(shù)具有短流程、節能耗、低成本、少加工等一系列優(yōu)點(diǎn)，可自由組裝材料結構從而準確的調控材料性能，是綠色制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。而放電等離子燒結技術(shù)具有快速、低溫、節能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)品性能優(yōu)異等優(yōu)勢，廣泛應用于金屬、陶瓷、硬質(zhì)合金、梯度功能材料等方面，是目前關(guān)注度較高的新型制備技術(shù)和工藝之一。

SPS技術(shù)是在模具和粉末顆粒之間或塊體樣品中直接通入脈沖電流進(jìn)行燒結或者連接的一種快速成型的制備方法，是20世紀90年代以來(lái)開(kāi)始研究的一種快速燒結新工藝。相比于傳統的熱壓燒結技術(shù)，除了通電產(chǎn)生焦耳熱和加壓產(chǎn)生的塑性變形促進(jìn)燒結之外，還在壓實(shí)粉末樣品上施加了由特殊電源產(chǎn)生的直流脈沖電壓，因此會(huì )產(chǎn)生*的促進(jìn)燒結現象（該部分在前期公眾號文章中有詳細介紹，本期不再贅述）。

       SPS裝置主要包括壓力系統、真空系統、水冷系統、測溫系統、電源及控制系統等。由于SPS*的技術(shù)和明顯的工藝優(yōu)勢，自1990年日本推出可用于新材料研究開(kāi)發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)的SPS設備以來(lái)，SPS技術(shù)和設備突飛猛進(jìn)，開(kāi)拓了制造業(yè)的新領(lǐng)域。

    我司研發(fā)生產(chǎn)的實(shí)驗設備可加工直徑300mm的樣品，壓力可達5T-400T，大輸出電流為3000A-48000A，設備通用性強，可滿(mǎn)足從研發(fā)階段到產(chǎn)品試制階段的使用要求。

圖1.上海皓越真空設備有限公司生產(chǎn)的SPS放電等離子燒結設備

SPS技術(shù)發(fā)展趨勢

1、產(chǎn)業(yè)化

與傳統燒結方法相比，SPS技術(shù)在節約能源和時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品性能可控等諸多方面具有明顯的優(yōu)勢，目前日本已實(shí)現SPS的產(chǎn)業(yè)化應用，主要用于生產(chǎn)磁性材料、硬質(zhì)合金、梯度功能材料等。如日本太田精器已經(jīng)實(shí)現了100% WC超硬材料的SPS量產(chǎn)，產(chǎn)品提供給日本國內外40多家電機、電子零部件、工具、模具等廠(chǎng)家。然而國內對于SPS技術(shù)仍處于實(shí)驗室研究階段，多用于新材料的制備和工藝的研究。

2、燒結體形狀多樣化

    因燒結機理與石墨模具的限制，目前SPS制備的樣品主要為簡(jiǎn)單的圓柱體，難以制備復雜形狀的工件，不能滿(mǎn)足實(shí)際工程需要。

          圖2.常用的石墨模具

1、燒結模具的性能優(yōu)化

石墨具有耐高溫性、優(yōu)良的導電導熱性、化學(xué)穩定性、抗熱震性以及良好的潤滑和抗磨性而被作為SPS常用模具材料。然而，石墨材料強度低、壽命短且容易對燒結材料造成污染。目前已報道的有硬質(zhì)合金模具、導電陶瓷模具、碳纖維石墨模具等，但存在高溫易變形、價(jià)格昂貴等問(wèn)題，因此，為了更好地利用SPS技術(shù)，需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)強度更高、重復使用率高、無(wú)污染的新型模具材料。

2、結合有限元模擬進(jìn)一步發(fā)展

SPS特殊工作環(huán)境，一般方法無(wú)法對燒結過(guò)程、成形機理、影響因素等方面進(jìn)行準確的分析，獲取燒結過(guò)程中的溫度、位移等參數變化也存在一定的誤差，因此有限元模擬成為了SPS新的研究手段之一。目前已有報道通過(guò)ABAQUS、MATLAB以及MSC.MARC等軟件對燒結過(guò)程進(jìn)行模擬，可獲得燒結過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布及電場(chǎng)分布，分析各燒結參數對燒結過(guò)程的具體影響，對于SPS燒結機理的進(jìn)一步研究、試驗結果的前期預測、生產(chǎn)的理論指導具有重要的意義。

展望

    放電等離子燒結技術(shù)自出現以來(lái)，因其低溫、短時(shí)、高效的特點(diǎn)得到了快速的發(fā)展。在難熔金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷材料、高導熱材料等領(lǐng)域的材料制備方面取得了重要研究成果。但其中間過(guò)程的燒結機理目前仍存在爭議，仍需大量的試驗、理論研究來(lái)完善，在模具、工藝等方面還需要進(jìn)一步探索。上海皓越真空設備有限公司一直專(zhuān)注于半導體材料、碳材料、先進(jìn)陶瓷與復合材料和鋰電材料四大行業(yè)，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)技術(shù)，竭誠服務(wù)于客戶(hù)，提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。