SPS燒結爐，全稱(chēng)為Spark Plasma Sintering（放電等離子燒結）爐，是一種在材料科學(xué)、物理學(xué)、航空、航天科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域中廣泛應用的工藝試驗儀器。其作為一種先進(jìn)的材料制備技術(shù)，具有升溫速度快、燒結時(shí)間短、組織結構可控、節能環(huán)保等顯著(zhù)特點(diǎn)，尤其適用于制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。
SPS燒結爐的基本原理是利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫場(chǎng)來(lái)實(shí)現材料的燒結過(guò)程。在燒結過(guò)程中，顆粒之間放電瞬時(shí)產(chǎn)生局部高溫，這種高溫能夠加速燒結材料晶粒形成與再結晶過(guò)程，從而在較短的時(shí)間內獲得晶粒致密、結晶度良好的燒結體。
二、SPS燒結爐的主要技術(shù)指標
SPS燒結爐的主要技術(shù)指標包括最大壓力、燒結壓力、燒結行程、壓力控制系統以及工作臺尺寸等。具體來(lái)說(shuō)，SPS燒結爐的最大壓力可以達到20kN（即2,040㎏f），燒結壓力范圍在0.5～20kN（即50～2,040㎏f）之間，燒結行程為50mm（空間高度200mm）。此外，SPS燒結爐還配備了伺服馬達控制的壓力控制系統和數字讀出應變壓力傳感器，以確保燒結過(guò)程的精確控制。
三、SPS燒結爐的主要功能
SPS燒結爐的主要功能是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結。這種加熱方式使得SPS燒結爐具有以下幾個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)：
升溫速度快：由于SPS燒結爐采用脈沖電流加熱，因此能夠在短時(shí)間內迅速達到所需的燒結溫度，從而大大縮短了燒結時(shí)間。
燒結時(shí)間短：相比傳統的燒結方法，SPS燒結爐的燒結時(shí)間更短，這有助于減少能源消耗和生產(chǎn)成本。
組織結構可控：SPS燒結爐在燒結過(guò)程中可以通過(guò)調整脈沖電流的參數來(lái)控制材料的組織結構，從而實(shí)現對材料性能的精確調控。
節能環(huán)保：SPS燒結爐采用脈沖電流加熱，相比傳統的電阻加熱方式，能夠更有效地利用能源，減少能源浪費。同時(shí)，由于燒結時(shí)間短、溫度控制精確，因此產(chǎn)生的廢氣、廢水等污染物也大大減少，符合環(huán)保要求。
四、SPS燒結爐的應用領(lǐng)域
SPS燒結爐在材料科學(xué)、物理學(xué)、航空、航天科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域中具有廣泛的應用。具體來(lái)說(shuō)，SPS燒結爐可以用于制備各種金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。此外，SPS燒結爐還可以用于制備高性能的梯度材料、涂層材料以及功能梯度材料等。
五、SPS燒結爐的發(fā)展趨勢
隨著(zhù)材料科學(xué)的不斷發(fā)展和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛進(jìn)步，SPS燒結爐作為一種先進(jìn)的材料制備技術(shù)，其應用前景越來(lái)越廣闊。未來(lái)，SPS燒結爐的發(fā)展趨勢主要體現在以下幾個(gè)方面：
進(jìn)一步提高燒結效率：通過(guò)優(yōu)化脈沖電流的參數和控制策略，進(jìn)一步提高SPS燒結爐的燒結效率，縮短燒結時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。
拓展應用領(lǐng)域：將SPS燒結爐應用于更多領(lǐng)域的新型材料制備中，如生物醫用材料、能源材料、環(huán)保材料等。
實(shí)現智能化控制：借助先進(jìn)的傳感器和控制系統，實(shí)現SPS燒結爐的智能化控制，提高燒結過(guò)程的穩定性和可靠性。
環(huán)保節能：繼續優(yōu)化SPS燒結爐的能源利用效率和環(huán)保性能，減少能源消耗和污染物排放。
綜上所述，SPS燒結爐作為一種先進(jìn)的材料制備技術(shù)，在材料科學(xué)、物理學(xué)、航空、航天科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域中具有廣泛的應用前景。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng )新，SPS燒結爐將會(huì )在更多領(lǐng)域展現出其的優(yōu)勢和價(jià)值。
SPS等離子燒結爐是利用放電等離子體進(jìn)行燒結的。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵下的一種物質(zhì)狀態(tài)，是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外，物質(zhì)的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體，由大量正負帶電粒子和中性粒子組成，并表現出集體性為的一種準中性氣體。 產(chǎn)成等離子體的方法包括加熱、放電和光激勵等。放電產(chǎn)生的等離子體包括直流放電、射頻放電和微波放電等離子體。SPS利用的是直流放電等離子體。
等離子體是解離的高溫導電氣體，可提供反應活性高的狀態(tài)。等離子體溫度4000～10999℃，其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài)，而且等離子氣體內離子化程度很高，這些性質(zhì)使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術(shù)。
等離子體加工技術(shù)已得到較多的應用，例如等離子體CVD、低溫等離子體PBD以及等離子體和離子束刻蝕等。目前等離子體多用于氧化物涂層、等離子刻蝕方面，在制備高純碳化物和氮化物粉體上也有一定應用。而等離子體的另一個(gè)很有潛力的應用領(lǐng)域是在陶瓷材料的燒結方面。
SPS等離子燒結爐基本結構：
SPS與熱壓(HP)有相似之處，但加熱方式不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場(chǎng)擴散作用。
SPS燒結時(shí)脈沖電流通過(guò)粉末顆粒。在SPS燒結過(guò)程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體內部各個(gè)顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法(SHS)和微波燒結法類(lèi)似，SPS是有效利用粉末內部的自身發(fā)熱作用而進(jìn)行燒結的。
SPS燒結過(guò)程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。除加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)燒結的因素外，在SPS技術(shù)中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(zhì)(如去處表面氧化物等)和吸附的氣體。電場(chǎng)的作用是加快擴散過(guò)程。
SPS裝置主要包括以下幾個(gè)部分：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統(真空、氬氣)；直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量、和安全等控制單元。
時(shí)間：2024-07-16
點(diǎn)擊次數：3794
當前位置：