SPS-2T型放電等離子熱壓燒結爐
關鍵詞：放電，等離子，熱壓燒結
放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS)工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，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技術。
放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結致密。
優(yōu)點：升溫速度快、燒結時間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高，并且有著操作簡單、再現(xiàn)性高、安全可靠、節(jié)省空間、節(jié)省能源及成本低等優(yōu)點
1、什么是放電等離子體
放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering)簡稱SPS，是近年來發(fā)展起來的一種新型的快速燒結技術。該技術是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進行加熱燒結，因此有時也被稱為等離子活化燒結(Plasma Activated Sintering, PAS)或等離子體輔助燒結（Plasma Assister Sintering, PAS）。
該技術是通過將特殊電源控制裝置發(fā)生的ON-OFF直流脈沖電壓加到粉體試料上，除了能利用通常放電加工所引起的燒結促進作用（放電沖擊壓力和焦耳加熱）外，還有效利用脈沖放電初期粉體間產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象（瞬間產(chǎn)生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結技術。
2、放電等離子體優(yōu)點
放電等離子體燒結由于強脈沖電流加在粉末顆粒間，因此可產(chǎn)生諸多有利于快速燒結的效應。其相比常規(guī)燒結技術，放電等離子體燒結融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體，升溫速度快、燒結時間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高，并且有著操作簡單、再現(xiàn)性高、安全可靠、節(jié)省空間、節(jié)省能源及成本低等優(yōu)點。
3、放電等離子體燒結的原理
SPS燒結機理目前還沒有達成較為統(tǒng)一的認識，其燒結的中間過程還有待于進一步研究。SPS的制造商Sumitomo公司的M.Tokita最早提出放電等離子燒結的觀點，他認為：粉末顆粒微區(qū)還存在電場誘導的正負極，在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分，使物質產(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，在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生自發(fā)熱。
目前一般認為，SPS與熱壓(HP)有相似之處，但加熱方式完全不同，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、焦耳熱和電場擴散作用。
在SPS燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體內(nèi)部各個顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法(SHS)和微波燒結法類似，SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進行燒結的。
SPS燒結過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促進燒結的因素外，在SPS技術中，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（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。
4、放電等立體燒結工藝
在進行具體的SPS實驗操作時，將試樣裝入石墨模具中，模具置于上下電極之間，通過油壓系統(tǒng)加壓，然后對腔體抽真空，達到要求的真空度后通入脈沖電流進行實驗。脈沖大電流直接施加于導電模具和樣品上，通過樣品及間隙的部分電流激活晶粒表面，在孔隙間局部放電，產(chǎn)生等離子體，粉末顆粒表面被活化、發(fā)熱，同時，通過模具的部分電流加熱模具，使模具開始對試樣傳熱，試樣溫度升高，開始收縮，產(chǎn)生一定的密度，并隨著溫度的升高而增大，直至達到燒結溫度后收縮結束，致密度達到Z大。
5、放電等離子體燒結的應用
由于SPS獨特的燒結機理，SPS技術具有升溫速度快、燒結溫度低、燒結時間短、節(jié)能環(huán)保等特點，SPS技術已廣泛應用于納米材料、梯度功能材料、金屬材料、磁性材料、復合材料、陶瓷等材料的制備
主要技術參數(shù)：
原理：SPS技術用脈沖放電初期粉體間產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象（瞬間產(chǎn)生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結技術。
優(yōu)點：、上下壓頭有熱電偶檢測溫度，如有異常，用戶會立即觀察到，關閉設備，保護設備免受損傷。
2、水路系統(tǒng)做了水溫檢測、水壓監(jiān)測，如有異常會報警并自動切斷加熱。
3、安裝有防爆系統(tǒng)，當腔體內(nèi)壓力超過設定壓力會報警并切斷加熱。
4、具有超溫、超壓、過流、欠壓、斷偶保護和顯示等。
5、頂部帶有紅外測溫儀，測溫更準確
功率：sps電源:
技術參數(shù)
型號 | SPS-2T-30 | |
原理 | SPS技術是通過將特殊電源控制裝置發(fā)生的ON-OFF直流脈沖電壓加到粉體試料上，除了能利用通常放電加工所引起的燒結促進作用（放電沖擊壓力和焦耳加熱）外，還有效利用脈沖放電初期粉體間產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象（瞬間產(chǎn)生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結技術。 | |
優(yōu)點 | 1、上下壓頭有熱電偶檢測溫度，如有異常，用戶會立即觀察到，關閉設備，保護設備免受損傷。 | |
功率 | 22KW（電源20KW+機械泵1.1KW+其他） | |
壓頭直徑 | 50（mm） | |
腔體尺寸 | 160×200mm（W×H） | |
外形尺寸 | 80×105×205cm （W×D×H） | |
凈重 | 250Kg | |
電源電壓 | 三相 380V | |
sps電源 | 功率 | 30KVA |
輸入電壓 | 三相五線制AC380V/50Hz | |
輸出電流（瞬間） | DC 0-3000A | |
輸出電壓（瞬間） | DC 0-10 V（矩形波峰值） | |
脈沖參數(shù) | 開通時間：1-255 ms | |
石墨模具 | 1、高溫模具單元由高純石墨制成，Z大工作壓強50MPa 2、請認真設計高溫模具的尺寸，選擇正確的壓力。 | |
壓力控制 | PID程序控制 | |
壓頭行程 | 60mm | |
Z高溫度 | 1800度 | |
加壓壓力精度 | ±1Kg | |
Z大壓力 | 2T （10MPa表壓） | |
水路系統(tǒng) | 配置水冷機 | |
真空機組 | 極限壓強 ：4×10^-2Pa |
