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，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、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低等優點
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生的火花放電現象（瞬間產生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現致密化的快速燒結技術。
2、放電等離子體優點
放電等離子體燒結由于強脈沖電流加在粉末顆粒間，因此可產生諸多有利于快速燒結的效應。其相比常規燒結技術，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、再現性高、安全可靠、節省空間、節省能源及成本低等優點。
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：粉末顆粒微區還存在電場誘導的正負極，在脈沖電流作用下顆粒間發生放電，激發等離子體，由放電產生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分，使物質產生蒸發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，介電層發生間歇式快速放電，在粉末顆粒未接觸部位產生自發熱。
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生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻的自身產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是有效利用粉末內部的自身發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，產生等離子體，粉末顆粒表面被活化、發熱，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、節能環保等特點，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：
原理：SPS技術用脈沖放電初期粉體間產生的火花放電現象（瞬間產生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現致密化的快速燒結技術。
優點：、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、水路系統做了水溫檢測、水壓監測，如有異常會報警并自動切斷加熱。
3、安裝有防爆系統，當腔體內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
型號 | SPS-2T-30 | |
原理 | SPS技術是通過將特殊電源控制裝置發生的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生的火花放電現象（瞬間產生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現致密化的快速燒結技術。 | |
優點 | 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 | 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 | 配置水冷機 | |
真空機組 | 極限壓強 ：4×10^-2Pa |
