SPS基本原理与应用
放电等离子体烧结技术(SPS)
放电等离子体烧结技术（SPS）一、S PS合成技术的发展▪最初实现放电产生“等离子体”的人是以发现电磁感应法则而知名的法拉第（M.Farady），他最早发现在低压气体中放电可以分别观测到相当大的发光区域和不发光的暗区。
▪ngmuir又进一步对低压气体放电形成的发光区，即阳光柱深入研究，发现其中电子和正离子的电荷密度差不多相等，是电中性的，电子、离子基团作与其能量状态对应的振动。
他在其发表的论文中，首次称这种阳光柱的状态为“等离子体”。
等离子体特效图▪1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理，但是直到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。
▪1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10~100t 的烧结压力和5000~8000A脉冲电流，其优良的烧结特性，大大促进了新材料的开发。
▪1996年，日本组织了产学官联合的SPS研讨会，并每年召开一次。
▪由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国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。
▪1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷登材料进行了较多的研究工作。
▪目前全世界共有SPS装置100多台。
如日本东北大学、大阪大学、美国加利福尼亚大学、瑞典斯德哥尔摩大学、新加坡南洋理工大学等大学及科研机构相继购置了SPS系统。
▪我国近几年也开展了利用SPS技术制备新材料的研究工作，引进了数台SPS烧结系统，主要用于纳米材料和陶瓷材料的烧结合成。
▪最早在1979年，我国钢铁研究总院自主研发制造了国内第一台电火花烧结机，用以批量生产金属陶瓷模具，产生了良好的社会经济效益。
放电等离子烧结(sps)
SPS放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。
1 前言随着高新技术产业的发展，新型材料特别是新型功能材料的种类和需求量不断增加，材料新的功能呼唤新的制备技术。
放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、非晶块体材料、梯度材料等。
2 国内外SPS的发展与应用状况SPS技术是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因此在有的文献上也被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。
早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理，但是直到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。
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使用。
1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10～100t 的烧结压力和脉冲电流5000～8000A。
最近又研制出压力达500t，脉冲电流为25000A的大型SPS装置。
由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，并利用SPS进行新材料的研究和开发[3]。
1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料进行了较多的研究工作[4]。
放电等离子烧结炉原理
放电等离子烧结炉（SPS，Spark Plasma Sintering）是一种采用脉冲直流电场作为加热手段的烧结技术。
它通过在粉末颗粒间产生高速电子冲击，达到烧结粉末材料的目的。
其基本原理如下：
1. 放电初始阶段：在烧结炉内放置装有粉末材料的模具，通入惰性气体以保护炉界面，然后采用脉冲电源对模具施加电压。
由于电压作用，粉末颗粒间的接触点会产生低电压放电，形成微弧放电。
2. 电放电效应：微弧放电导致局部瞬间高温，使接触点附近的粉末颗粒熔化、蒸发、电浆化、局部氧化还原反应等，从而增加颗粒间接触面积和粘结强度。
此外，局部高温还会促使粉末材料发生晶格扩散、颗粒重排等，为烧结提供有利条件。
3. 电热效应：通过脉冲电流加热，模具表面和粉末材料产生焦耳热效应。
这种热效应可以在很短的时间内将材料加热到所需的烧结温度，从而大大缩短烧结过程的时间。
4. 烧结过程：在一定的烧结温度下，粉末材料中的颗粒间接触增加，并通过扩散、重排、再结晶等过程，形成更高密度的烧结体。
与传统烧结方法相比，放电等离子烧结技术能在更短的时间内得到更好的烧结效果。
整个放电等离子烧结过程具有烧结时间短、能量消耗低和烧结体性能优异等优点，广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等领域。
SPS协议
SPS协议SPS协议是一种用于数据传输的协议，它采用了一种特定的数据格式和通信规则，以确保数据在不同设备之间的可靠传输和正确解读。
本文将介绍SPS协议的基本概念、工作原理和应用场景。
1. SPS协议的基本概念SPS协议全称为“Serial Protocol Standard”，是一种串行通信协议的标准。
它定义了在串行通信中数据的传输格式和通信规则，以及设备之间的通信流程。
SPS协议通常由两部分组成：帧结构和通信规则。
在SPS协议中，数据被分割为连续的帧，每个帧包含了一定的数据字段和控制信息。
帧结构定义了如何将数据组织成帧，包括起始标志、数据字段、校验码等。
通信规则定义了帧的传输顺序、错误处理机制等。
通过遵循SPS协议的帧结构和通信规则，设备可以实现可靠的数据传输。
2. SPS协议的工作原理SPS协议的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：步骤1：建立通信连接在进行数据传输之前，通信的两个设备需要建立连接。
通常，一个设备作为主站发起连接请求，另一个设备作为从站响应请求。
建立连接时，主站和从站会进行一系列的握手过程，以确保双方都准备好进行数据传输。
步骤2：数据帧传输一旦建立了通信连接，数据就可以以帧的形式传输。
每个数据帧由起始标志、数据字段、校验码等组成。
起始标志用于标识帧的开始，数据字段包含了要传输的数据，校验码用于检测数据是否传输正确。
数据帧按照一定的顺序传输。
通常，主站发送数据帧给从站，从站接收并处理数据，然后发送响应帧给主站。
这样的传输过程可以不断进行，以实现双向的数据交互。
步骤3：错误处理在数据传输过程中，可能会出现各种错误情况，比如数据丢失、数据损坏等。
SPS协议定义了一些错误处理机制，用于检测和纠正错误。
校验码是其中一种常用的错误检测机制。
发送方在发送数据帧时，会计算校验码并附加到数据帧中。
接收方在接收数据帧时，会重新计算校验码，并与接收到的校验码进行比较。
如果两者不一致，说明数据帧可能出现错误，接收方可以请求发送方重新发送数据。
SPS开关电源第三章SPS原理介绍
第三章:SPS原理介绍转换式电源供应器一.SPS定义只要能够供给我们电能的装置,我们称之为电源.无论是何种电源装置都是利用能量守衡定律，通过某种转换电路来完成电压的转换.转换式电源供应器(Switching Power Supply,简称SPS)为荷兰人Neti R.M.Rao 于1970年所发展研出来,是一种非线性转换式电源供应器. 就是将输入交流电压整流滤波后的直流高压作一定频率的切换成高压方波信号.该信号经隔离变压器转换成低压直流,再对其加以整流滤波得到固定直流电压输出.由于微电子的迅速发展，如今的用电设备对电源系统的要求在设计上性能更加完善，效率更高，重量较轻，体积小和高的功率。
SPS正是这种趋下的新产物，比以往的线性串联稳压器更适合。
所以在日趋复杂的电子和计算机系统中SPS扮演了一个举足轻重的角色。
SPS除了应用在PC计算机上以外，亦可以用于MONITOR.TERMINAL.数值工具机.仪器.音响.通讯与飞弹系统等领域中。
SPS与Liner线性电源供应器相比较:表3-1图3-2(一).SPS方框图SPS方框图如图3-2所示一般由三部分组成:一是输入回路.二是输出回路.三是控制回路.输入回路由EMI滤波电路.高压整流滤波.隔离变压器初级和高压方波切割组件所组成，其与电网直接连接高电压.输出回路由隔离变压器次级.低压整流滤波电路所组成，其与控制回路都由低压电子元器件组成.输入回路与输出回路两者间采用隔离变压器进行隔离确保人身与低压电子器件之安全，这样不仅达到高低电压隔离,还做到高低电压的转换功能.控制回路由PWM电压调整电路和保护回路组成，高低电压回路采用光耦进行隔离.1.工作原理交流输入电压(AC)经EMI滤波电路滤波一些电网来的干扰与噪声后,直接予以整流与滤波得到高压直流(DC).再将直流高压进入方波切割器件(MOSFET)中,切割成20~200KHZ的高频电压方波信号.该方波信号进入隔离变压器初级,而由次级所感应出的低压交流电势经整流滤波后,得到低压稳定直流输出,供给负载.不管输入电压有无变化或输出负载是否变动,都要保持输出直流电压的稳定.因此,经直流输出监控电路对输出电压加以监控,并把信号回馈给PWM逻辑控制电路调整占空比.从而调整输出电压达到稳定效果.当负载发生故障(如:短路,过载等)时可通过保护电路把信号迅速回馈给PWM逻辑控制电路使方波切换组件停止工作,达到保护的功能.(二).输入回路1.EMI(Electronic Magnetic Interference) 滤波电路:EMI滤波电路时际上是一个π型滤波器,由电感L和电容C组成,如图3-3所示:噪声在电源电路中可分为两种:第一种是常态噪声.它主要产生于电路本身,可采用无源滤波电路在电路输出端并联电容可解决消除之.第二种是共态噪声.它产生于输入与输出,输入与机壳及输出与机壳之间,常用的消除方法是采用EMI滤波电路.CX1,CX2,FL1组合可消除常态噪声;而CY1,CY2,FL1组合可以消除(衰减)共态噪声.因此EMI电路不仅对常态噪声有效,对共态噪声也有一定消除效果.OUT图3-32.高压整流滤波电路SPS产品追求国际化纷纷打入国际市场,因此SPS的输入电压条件就应符合世界各国的电网电压标准(如:110V AC47HZ,230V AC50HZ等),一般SPS所使用的电压：低压90伏特至130伏特交流电压及高压180伏特至260伏特交流电压.因此就引出了一个高低电压的转换问题,电路如图3-4所示:+OUT+图3-4原理:当输入为220V AC时,D1~D4同时工作,SW处于OPEN OFF状态.若B端为正,则电流方向依顺序为B D4 C C1 C2 D2 A(负);若A端为正,则电流方向依序为A D1 C C1 C2 D3 B(负)V out=V in* 2 f=60HZ*2=120HZ当输入为110V AC时,只有D3,D4在工作,而SW也处于ON状态,若B端为正,则电流方向依序为B D4 C C1 COM A;若A端为正,则电流方向依序为A COM C2 D3 B.V out=Vin(rms)* 2 f=120HZ3.PWM逻辑控制回路脉宽调制法(Pulse Width Modulation 缩写为PWM).是对开关组件的导通占空比进行调节和控制.通过调节占空比使输出电压基本不随负载变化和输入电压的变化而变化.在台达设计的DESKTOP转换式电源供应器中,PWM逻辑控制电路核心一般都采用DNA1001或UC3843,UC3842来完成PWM控制调整功能.关于DNA1001.UC3842与UC3842的管脚功能在第一章已介绍，现以UC3842为例简单介绍PWM逻辑控制原理.(1).工作原理由UC3842组成的PWM逻辑控制电路如图3-5所示，当接入市电后B+电压经R1减压加至UC3842 Pin7 Ucc脚, 当该电压上升到14v时UC3842起振荡工作.Pin6脚输出方波驱动信号,Q1管导通电流从变压器Pin1脚流向Pin2脚,并经R5到地.此时变压器Pin3脚感应出一正电势,因D2反向截止L2绕阻不损耗电能(变压器存储能量).当Q1由导通变截止后D2正向导通电压供向UC3842 Pin7 Ucc脚使其工作.(1)过流保护当负载电流超过额定值或输出短路时,引起Q1电流增加.当增至I*R5>1V时,该电压反馈至UC3842 Pin3脚,通过内部电流放大器使占空比变小,使输出电压下降,同时Pin7 Vcc脚工作电压也下降.当工作电压下降至额定工作电压以下时,电路停止工作,达到保护的目的.B图3-5(2).稳压原理当输出电压因负载由重变轻时,光藕的感光强度增大，回反馈Pin2脚的电压也增大,通过Pin2脚内部比较器比较,使Pin6脚输出方波变窄,即方波的占空比变小，从而使输出电压下降.(三).输出回路当方波切割组件动作有电流经隔离变压器初级流过,在其次级就会根据饶组匝数比感应产生相应的电动势(交流).该交流电势经过整流滤波电路后得到稳定的直流电压输出.在实际电路中隔离变压器次级绕阻只有+5V,+12V,-12V绕阻,而3.3V 则通过磁开关(也叫截波器)把+5V转换成3.3V,再经整流滤波输出，电路图如图3-6所示.截波器原理同是根据调节一个方波的占空比来得到相应的电压，所不同的是截波器利用截波电感来调节.5V A 3.3V5V3.3V图3-6 截波原理(1)输出滤波电路SPS与Liner相比较差异在于SPS设计上比较难，而且SPS输出纹波比较大.因此SPS的主电压输出回路都常采用无源LC滤波电路.经济,简单,易行(电路如图3-7a中虚框所示).OUT(a)(b) 图3-7(2).负电压(-12v –5v)在SPS中对负电压要求不高，隔离变压器次级绕阻中只有一个负12伏特电压绕阻，转换出的负电压经整流滤波，再经线性负压稳压IC(7912)得出稳定的12伏特电压.而负5伏特从负12引进输入电压经IC(7905) 得出稳定的5伏特电压.电路如图3-7b所示.(四).控制回路(1).电压调整电压调整电路如图3-8所示.通过调节UR调节器的阻值改变A点的电压(即TL431触发极电压),改变TL431回路的电流大小,从而改变发光二极管发光速度.光耦C-E极内阻大小也因光强弱改变,从而控制PWM改变占空比达到调整电压的目的.DESKTOP时际应用中+12V与+5V共享一个TL431电压调整回路,通过调节VR来调节+5V与+12V之间的搭配;而+3.3V常独自采用一个TL431电压调整回路,或者通过调节VR来调节，或者直接采用电阻固定TL431触发极的电压,不用UR调节.图3-8(2).保护电路a.过电流保护Over Current Protection OCP通过PWM控制IC上的电流模式控制端来实现保护.当负载发生短路与超载时电源供应器的输出电流增大,而在隔离变压器初级也由于饶组间匝数比的关系流过MOSFET的电流也增大.PWM电流模式控制端所接电阻上电压UR=Ii*R增大.当UR值>1V时PWM感应到并减小占空比使输出电压偏低,低到欠压保护点时保护.电路如图3-9所示.注意:PWM IC使用UC3843或UC3842时,Pin3电压大于1V时该IC的Vcc电压也会下降,当降至额定工作电压时IC停止工作,直接保护掉.Ii I图3-9b.过压欠压保护DNA 1002是专为转换式电源供应器保护而设计的一个IC,对于供应器所有的输出电压均有独立的监控端.受控电压经分压网络分压后与基准电压进行比较,当大于基准电压时会使DNA 1002 Pin1脚电压由低电平变为高电平,发光二极管停止工作,PWM保护锁定解脱,起到保护作用. 电路如图3-10所示.监控端图3-10。
sps烧结的原理特点及应用
SPS烧结的原理特点及应用1. SPS烧结技术简介Spark Plasma Sintering (SPS)技术是一种新兴的粉末冶金烧结技术，通过加热和加压的方式将粉末材料迅速致密化，实现高温下的快速烧结。
该技术具有快速、均匀、高效、节能等特点，被广泛应用于陶瓷、金属、合金和复合材料的制备过程中。
2. SPS烧结的原理SPS烧结技术通过在加热过程中施加电压和电流来加速烧结过程。
具体原理如下：•高频强电场效应：在SPS烧结设备中，通过施加电压和电流，产生高频强电场效应。
这会引起粉末材料内部颗粒之间的电荷迁移，促使颗粒发生定向运动，并形成半导体接触点，提高烧结速率。
•局部化热效应：在SPS烧结过程中，由于高频电场的存在，颗粒之间会发生局部加热现象。
这种局部热效应可以使粉末材料迅速达到高温，提高烧结速率。
•微观扩散效应：SPS烧结过程中，高温下的热激活能降低，颗粒间的扩散速率增加，从而促进颗粒之间的粘结和致密化。
3. SPS烧结的特点SPS烧结技术具有以下一些独特的特点：•快速烧结速度：相比传统烧结方法，SPS烧结具有更快的烧结速度。
这是由于高频强电场效应、局部化热效应以及微观扩散效应的共同作用，使得粉末材料迅速烧结致密。
•高烧结温度：SPS烧结技术可以实现高温下的烧结过程，可达到材料的熔点附近温度。
这使得SPS烧结可以应用于高温烧结材料的制备。
•均匀致密度：SPS烧结过程中，由于高频强电场效应的存在，粉末材料的颗粒会定向运动，并且在高温下扩散并粘结在一起，从而实现均匀的致密度。
•节能环保：相比传统烧结方法，SPS烧结技术具有更高的能量利用率和烧结效率，减少了能源的浪费和环境污染。
4. SPS烧结的应用SPS烧结技术在多个领域得到广泛应用，以下是一些主要应用领域的列举：•陶瓷材料：SPS烧结技术可以用于陶瓷材料的制备，包括高性能陶瓷、氧化物陶瓷和复合陶瓷等。
其快速烧结、高致密度、优良力学性能等优点，使得SPS烧结成为陶瓷材料制备的重要方法。
开关电源技术与典型应用
开关电源技术与典型应用引言：在现代电子设备中，电源是一个关键的部分，为各种电子器件和系统提供稳定、可靠的电能。
随着科技的发展，传统的线性电源逐渐被开关电源（Switching Power Supply，简称SPS）取代。
开关电源技术通过开关管的开关动作，将输入电源的直流电压转换为高频脉冲或方波信号，然后再通过滤波和稳压电路进行处理，最终得到所需的稳定输出电压。
一、开关电源的基本工作原理开关电源通常由四个主要部分组成：输入滤波电路、整流电路、能量存储元件和输出稳压电路。
其基本工作原理如下：1.输入滤波电路：用于对输入电源进行滤波和去噪声处理，以确保输出端产生稳定的直流电。
2.整流电路：将滤波后的输入电流转换为脉冲信号，常用的有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。
3.能量存储元件：由电感和电容构成，电感负责储存能量，电容用于平滑输出电压。
4.输出稳压电路：用于对脉冲信号进行滤波和调整，使输出电压稳定在所需的数值范围内。
二、开关电源的优势与特点相比传统的线性电源，开关电源具有以下优势和特点：1.高效率：通过高频开关动作，减小了开关管导通时的功率损耗，从而提高了电能的利用率，一般可达到80%以上。
2.小体积：由于高效率的设计，开关电源的散热量少，可以采用小体积的组件，适用于高密度集成电路或便携式设备。
3.宽输入电压范围：开关电源具备较宽的输入电压范围，可以适应不同地区的电源标准或不同负载条件。
4.输出稳定性好：通过闭环控制和反馈电路，开关电源可以实现较小的输出电压波动和较高的稳定性，适应各种工作环境。
5.工作频率高：开关电源的工作频率通常在10kHz至1MHz之间，相比线性电源的50Hz或60Hz频率，能有效减小开关电源的尺寸和重量。
三、开关电源的典型应用开关电源技术在现代电子设备中得到了广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1.电子计算机与通信设备：在计算机主机、服务器、网络交换机等设备中，开关电源能够提供高效、稳定的电能供应，满足大功率、高密度的需求。
运动表现评分(SPS)
运动表现评分(SPS)运动表现评分 (SPS)简介SPS 是一种评估运动员表现的评分系统。
它旨在提供客观且全面地评价运动员在比赛或训练中的表现。
该评分系统可以用于多种体育项目，包括足球、篮球、游泳等。
评分要素SPS 评分系统包含以下评分要素：1. 技术表现：评估运动员在比赛或训练中的技术动作是否准确、流畅和高效。
2. 体能表现：评估运动员的体能素质，包括耐力、力量、速度和敏捷性。
3. 战术表现：评估运动员在比赛中是否能够灵活运用战术策略，并与队友合作。
4. 比赛结果：评估运动员在比赛中的实际成绩，包括得分、胜负、个人和团队表现等。
评分方法SPS 评分系统采用综合评估的方法，将各个评分要素综合考虑，对运动员进行综合评分。
评分可以采用定量或定性的方式，根据具体项目和需要来选择评分标准。
应用场景SPS 评分系统可以应用于以下场景：1. 运动员评估：教练或评委可以使用SPS评分系统对运动员进行评估，帮助他们了解自己的表现优点和不足，从而提供针对性的训练建议。
2. 比赛评价：SPS评分系统可以用于比赛评估，帮助评委或裁判员准确、公正地评判参赛选手的表现。
3. 训练跟踪：SPS评分系统可以用于跟踪运动员的训练进展，监测他们的表现是否有所改善，为训练计划的调整提供依据。
结论运动表现评分 (SPS) 是一种全面、客观的评分系统，可用于评估运动员在比赛或训练中的表现。
它可以帮助运动员了解自己的优势和不足，并为教练、评委和裁判员提供准确评估参考。
通过使用SPS评分系统，可以提高对运动员表现的评估准确性和公正性，促进运动员的进步和成长。
SPS介绍范文
SPS介绍范文SPS(Safety Programmable System)，即安全可编程系统，是一种集安全功能和可编程逻辑功能于一体的自动控制系统。
它广泛应用于各种工业领域，如化工、石油、电力、冶金等，以确保生产过程的安全性和可靠性。
SPS系统由多个安全器件和传感器、控制元件、操作界面、执行元件等组成，通过输入信号感知和对生产过程进行监控，进而根据设定的逻辑和安全规则，对输出信号进行控制和执行。
SPS系统可以具备多种功能，如故障诊断、监控和报警、自动切换和控制等，能够对突发事故和异常情况进行快速响应和处理，最大程度地保障生产过程的安全运行。
SPS系统具有以下特点：1.高安全性：SPS系统采用了多重的安全保护措施，如硬件监测、安全通信、故障诊断等，能够在发生事故或异常情况时快速切换到安全状态，并向操作人员发出警报，最大限度地减少事故的发生。
2.可编程性：SPS系统具有强大的可编程能力，可以根据需要对控制逻辑进行灵活的配置和修改，便于实现不同的控制策略和功能需求。
同时，SPS系统还支持远程监控和控制，使得操作人员可以随时随地对生产过程进行监控和调整，提高了系统的灵活性和便捷性。
3.可扩展性：SPS系统可以根据实际需求进行扩展和升级，以适应不同规模和复杂度的生产环境。
无论是新增控制点、增加监测传感器还是改变控制策略，都可以通过简单的配置和连接完成，避免了传统系统频繁更换硬件的麻烦和成本。
4.高性能：SPS系统采用了高性能的处理器和通信模块，具有较高的运算速度和响应能力，能够实时处理大量的输入输出信号，并确保准确和稳定的控制执行。
通过优化算法和控制策略，SPS系统能够实现更高的生产效率和质量控制。
5.先进的人机界面：SPS系统提供了直观友好的人机界面，操作人员可以通过触摸屏、键盘或鼠标等方式进行操作和监控，同时系统还支持数据记录和分析功能，便于对生产过程进行追溯和分析，以提高生产效率和质量。
SPS系统的应用范围非常广泛，例如在化工行业中，SPS系统可以用于监控和控制各种反应过程，确保化学物质的安全性和稳定性；在电力行业中，SPS系统可以用于监测电网状态和电气设备的运行情况，及时发现和解决潜在的安全问题；在石油行业中，SPS系统可以用于监控和控制油井的开采过程，保障生产的安全和高效性等等。
放电等离子烧结（SPS）的应用
放电等离⼦烧结（SPS）的应⽤皓越电炉2021-02-02 13:00:56放电等离⼦烧结（Spark Plasma Sintering）即SPS，是将⾦属、陶瓷等粉末装⼊模具内，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、热塑变形和冷却⽽完成，是制取⾼性能材料的⼀种粉末冶⾦烧结技术。
放电等离⼦烧结系统能够实现在烧结过程中加压，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。
具有升温速率快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点。
脉冲电流通过粉末粒⼦SPS在材料制备中的应⽤由于SPS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技术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。
纳⽶材料传统的热压烧结、热等静压等⽅法制备纳⽶材料，很难保证晶粒的纳⽶尺⼨，⼜达到完全致密的要求。
利⽤SPS技术，因其加热迅速，合成时间短，可明显抑制晶粒粗化。
利⽤SPS技术，因其加热迅速，合成时间短，可明显抑制晶粒粗化。
利⽤SPS能快速降温这⼀特点来控制烧结过程的反应历程，避免⼀些不必要的反应发⽣，这就可能使粉末中的缺陷和亚结构在烧结后的块体材料中得以保留，在更⼴泛的意义上说，这⼀点有利于合成介稳材料，特别有利于制备纳⽶材料。
梯度功能材料梯度功能材料(FGM)是⼀种组成在某个⽅向上梯度分布的复合材料，各层的烧结温度不同，利⽤传统的烧结⽅法难以⼀次烧成。
利⽤CVD ,PVD等⽅法制备梯度材料，成本很⾼，也很难实现⼯业化⽣产。
通过SPS技术可以很好地克服这⼀难点。
SPS可以制造陶瓷/⾦属、聚合物/⾦属以及其他耐热梯度、耐磨梯度、硬度梯度、导电梯度、孔隙度梯度等材料。
梯度层可到10多层，实现烧结温度的梯度分布。
⾼致密度、细晶粒陶瓷和⾦属陶瓷在SPS过程中，样品中每⼀个粉末颗粒及其相互间的空隙本⾝都可能是发热源。
sps是什么材料
sps是什么材料SPS是什么材料。
SPS是一种新型的粉末冶金材料，全称为Spark Plasma Sintering，即为电子束等离子烧结技术。
它是一种通过加热和压力作用将粉末材料烧结成块状材料的先进工艺。
SPS技术是近年来发展起来的一种新型烧结技术，相比传统的烧结工艺，具有更高的烧结速度、更低的烧结温度以及更好的烧结质量。
SPS技术的工作原理是通过在短时间内加热和加压粉末材料，使其在高温下迅速烧结成块状材料。
在SPS设备中，粉末材料被置于导电模具中，然后通过施加电流和压力来加热和压缩粉末，从而实现快速烧结。
相比传统的烧结工艺，SPS技术能够在较低的温度下完成烧结过程，从而减少了能耗和烧结时间，同时也能够得到更均匀、致密的材料。
SPS技术广泛应用于各种粉末材料的烧结制备过程中，包括金属、陶瓷、复合材料等。
在金属材料的烧结中，SPS技术能够得到高密度、细晶粒的金属材料，具有优异的力学性能和导电性能。
在陶瓷材料的烧结中，SPS技术能够得到高硬度、高强度的陶瓷材料，具有优异的耐磨性和耐高温性能。
在复合材料的烧结中，SPS 技术能够实现多种材料的复合烧结，从而得到具有多种性能的复合材料。
除了在材料烧结制备过程中的应用外，SPS技术还被广泛应用于材料的烧结改性和再制造领域。
通过SPS技术，可以实现对材料微观结构和性能的精密调控，从而得到具有特定性能的材料。
同时，SPS技术还可以实现对废旧材料的再利用，从而实现对资源的有效利用和环境的保护。
总的来说，SPS技术作为一种新型的粉末冶金材料烧结技术，具有独特的优势和广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，SPS技术将在各种材料的制备和改性过程中发挥越来越重要的作用，为材料领域的发展带来新的机遇和挑战。
SPS技术的发展也将推动材料制备工艺的进步，为人类社会的可持续发展做出贡献。
SPS开关电源原理介绍
橋式整流濾波電路
ˍ輸入電壓通過橋式整流堆CR1整流和 平波電容C1濾波后得到＋300V直流電壓﹒ _C2,C11,C12為瓷片電容﹒用來濾除高頻干扰﹒Ｚ1為突波吸收器﹐輸入電壓過高會 爆炸﹐得以達到保護平波電容器的作用﹒ ˍR2A,R2B,R2C,R2D是泄放電阻﹒關機時用來泄放C1上的殘余電荷﹒ˍR4A,R4B是 保險電阻﹐阻值較小,流過的電流很大時便會燒斷﹐達到保護目的﹒ ˍ高功率因數變換器采用扼流圈方式﹒當負載增大時﹐通過PFC的作用使交流電壓轉 換成方波電壓送到CR1輸入极﹐從而加大整流橋的導通角﹐使得功率因數增大﹒
開關管工作
ˍ首先由IC1（UC38436）產生方波作為開 關管的驅動電平送入Q1的G極﹒控制Q1處于 開關狀態﹒使得開關變壓器進行電-磁-電轉換﹒D1,D2,C13,L2,C4是恢复電路﹐當Q1導通 時開關變壓器磁通增大﹐Q1截止時通過恢复電路釋放存儲能量﹒ ˍR5A﹐R5B和R10是過流檢測電阻﹒R7﹐R8為柵極限流電路﹐D3加速Q1柵極的電荷釋放﹐使 方波下降沿更直﹒R19是接地電阻﹐保護G極受靜電擊穿﹒R11和C10﹐C18确定工作頻率﹒ ˍUC38436的3腳接收檢測電流﹐6腳為方波輸出腳﹒﹐8腳為參考電壓輸出腳﹐1腳為補償腳﹒ 通過外圍電路來補償內部誤差放大器頻率特性﹒2腳為次級取樣反饋﹒7腳電源輸入腳﹒5 腳接地﹒
3.3V輸出與風扇電路
ˍ3﹒3V 輸出是由開關變壓器次級8﹐12繞組輸出電壓通過L301磁放大后再進行整流濾波 處理得到﹒CR301為整流二極體﹐L302﹐L303為儲能電感﹐C303﹐C304為平波電容器﹒C301 R301用來濾除高頻干扰﹒ ˍ由IC301﹐Q301等核心元件組成的反饋電路用來改善L301磁放大后的波形（見后） D302為削波二極管﹒ ˍ風扇電路則由熱敏電阻NTC601和Q161組成的共集電极放大電路組成﹒NTC601鑲在 散熱片上﹒NTC601為負溫度系數變化的熱敏電阻﹐如果散熱片上溫度過高﹐NTC601電阻 阻變小﹐使得流入Q161的基極電流變大﹐從而使接在風扇兩端電壓增大﹐風扇加速旋轉﹒
SPS 原理
第一章:元件認識開關電源(SPS)是由眾多的元器件構成,因此,要了解開關電源的原理,學會看電路圖.首先必須掌握元器件的主要性能,結構,工作原理,電路符號,參數標準方法和質量檢測方法,本章將作逐一介紹.一.電阻器電阻器簡稱電阻,英文Resistor1.電路符號和外形.(a) (b) (c)(a)國外電阻器電路符號.(b)國內符號.(c)色環電阻外形2.電阻概念:電阻具有阻礙電流的作用.公式R=U/I常用單位為歐姆(Ω),千歐(KΩ) 和兆歐(MΩ).1MΩ=10 KΩ=10 Ω3.種類電阻器的種類有:碳膜電阻,金屬氧化膜電阻,繞線電阻,貼片電阻, 可調電阻,水泥電阻.4.性能參數(1)標稱阻值與允許誤差(2)額定功率:指在特定(如溫度等)條件下電阻器所能承受的最大功率,當超過此功率,電阻器會過熱而燒壞.(3)電阻溫度系數5.標注方法:(1)直標法(2)色標法色標法是用色環或色點來表示電阻的標稱阻值,誤差.色環有四道環和五道環兩種.讀色環時從電阻器離色環最進的一端讀起,在色標法中,色標顏色表示數字如下:四色環中,第一,二道色環表示標稱阻值的有效值,第三道色環表示倍 數,第四道色環表示允許偏差,五色環中,前三道表示有效值,第四到為倍數,第五道為允許誤差.精密電阻常用此法.例1:有一電阻器,色環顏順序為:棕,黑,橙,銀,則阻值為:10X 10 ±10%(Ω) 二:電容器 英文Capacitor 1.電路符號(a)(b)(a),(b)分別表示為無極性,有極性的電容器的電路符號. 2.電容慨念電容器是儲存電荷的容器.電容器的容量C 由下式決定:C=Q/U=ΣS/4πd,單位法拉(F).3.種類電容器可分為:陶瓷電容,電解電容,安規電容,貼片電容,塑膠電容.4.主要性能參數(1)標準容量及允許偏差(2)額定電壓(3)損耗系數DF值DF=P耗/P總P耗為充放電損耗功率, P總為充放電總能量.(4)溫度系數5.標注方法(1)直標法(2)色標法:類似電阻器之色標法,三色環無偏差表示,單位PF三.電感器(英文Choke 即線圈)1.電路符號(普通電感無極性)2.主要參數(1)電感量及允許偏差(2)品質因數(Q值)感抗x L=W L=2πfL Q=2πfL/R Q即為品質因數3.種類可分為固定電感器,帶磁心電感線圈,可變電感器四.半導体二極管(英文Diode)DIODE Test # Description1 VF Forward voltage2 IR Reverse current leakage3 BVR Breakdown voltage1.電路符號┼▔2.單向導電性二極管只能一個方向流過電流,即電能只能從它正極流向負極.在正常情況下,硅管的正向壓降為0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V,即二極管正向壓降基本保持不變,當外加正向電壓達到一定程度,二極管正向電流會很大,將燒壞二極管.當加在二極管上的反向電壓小于一個臨界值時,二極管的反向電流很小,即反向時二極管的內阻很大,相當于二極管截止.當二極管的反向電壓大于臨界值時,二極管會反向擊穿.3.結構是由一個P型半導体和一個N型半導体構成,組成一個PN結,PN結具有單向導電性.4.種類(1)普通二極管(2)發光二極管(3)穩壓二極管(4)變容二極管5.主要參數(1)最大平均整流電流I F:表征二極管所能流過的最大正向電流.在一個周期內的平均電流值不能超過I F,否則二極管將會燒壞.(2)最大反向工作電壓V R(3)反向電流I R:是在最大反向工作電壓下的二極管反向電流值(4)工作頻率:表示二極管在高頻下的單向導電性能.五.穩壓二極管ZENER Test # Description1 V F Forward voltage2 BV Z Minimum Zener voltage.(Use test #5)3 BV Z Maximum Zener voltage.(Use test #5)4 I R Reverse current leakage5 BV Z BVz with programmable soak6 ZZ1.電路符號(圖一) (圖二)2.穩壓原理從(圖二)穩壓特性曲線可以看出,當穩壓管反向擊穿後,流過二極管的工作電流發生很大變化時,穩壓二極管的電壓降壓V2基本不變,所以穩壓管穩壓就是利用二極管兩端的電壓能穩定不變.若加在穩壓管上的反向電壓小于反向擊穿電壓值,那麼穩壓管處于截止狀態,即開路.3.主要參數(1)穩定電壓(2)穩定電流:穩壓管工作對參考電流值,電流小于該值,穩壓效果會略差些.(3)額定功率損耗(4)電壓溫度系數(5)動態電阻六.半導体三極管(又稱晶体三極管)TRANSISTOR Test # Description1 h FE Forward-current transfer ratio2 V BE Base emitter voltage(see also Appendix F)3 I E BO Emitter to base cutoff current4 V CE SAT Saturation voltage5 I CBO Collector to base cutoff current6 I CEO Collector to emiter cutoff currentI CER, with base to emiter load,I CE X, reverse bias,orI CE S short(see also Appendix F)7 BV CE O Breakdown voltage,collector to emitter,BV CE R with base to emiter load,BV CE X reverse bias,orBV CE S short(see also Appendix F)8 BV CBO Breakdown voltage,collector to base9 BV E BO Breakdown voltage,emitter to base10 V BE SAT Base emitter saturation voltage1.電路符號(b)PNP2.結構(a)結構如上圖.三極管是由三塊半導体組成,構成兩個PN結,即集電結和發射結,基結3個電極,分別是集電極,基極,發射極,管子中工作電流有集電c(b) PNP極電流Ic,基極電流Ib,發射極電流Ie,Ie=Ib+Ic Ic=βIb, β為三極管電流放大倍數.3.工作原理(1)NPN (2) PNP (3)共發射極輸出特性曲線(1)放大區發射結正偏,集電結反偏,E1>E2,即NPN型三極管V c>V b>V e, PNP型三極管V c<V b<V e.三極管處于放大狀態.由于Ic=βIb,即Ic受Ib 控制,而Ic的電流能量是由電源提供的,此時Ube=0.6~0.7V(NPN硅管) (2)截止Ib≦0的區域稱截止區,U BE<0.5V時,三極開始截止,為了截止可靠,常使U BE≦0,即發射結零偏或反偏,截止時,集電結也反向偏置.(3)飽和區當V CE<V BE,即集電結正向偏置,發射結正向偏置時,三極管處于飽和區.飽和壓降U CE(sat),小功率硅管U CE(sat)≒0.3V,鍺管U CE(sat)≒0.1V 4.主要參數(1)共發射極直流電流放大系數β,即H fe,β=I C/I B(2)共發射極交流電流放大系數β. β=ΔI C/ΔI B(3)集電極,基極反向飽和電流I CBO(4)集電極,發射極反向飽和電流I CEO,即穿透電流(5)集電極最大允許功耗P CM(6)集電極最大允許電流I CM(7)集電極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(8)發射極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(9)集電極,發射極反向擊穿電壓U(BR)CBO七.可控硅(英文簡稱SCR,也叫晶閘管)SCR Test # Description1 I GT Gate-trigger current2 I GKO Reverse gate current5 V GT Gate-trigger voltage6 BV GKO Reverse gaet breakdown voltage7 I DRM Forward Blocking current8 I RRM Reverse Blocking current9 I L Latching current11 I H Holding current(see also Appendix F)13 VTM Forward on voltage15 V DRM Forward blocking voltage16 V RRM Reverse blocking voltage1.電路符號A K陽極G 控制極陰極2.工作原理(1)在陽,陰極間加上一個正電壓,再在控制極和陰極之間加上正電壓,可控硅導通.(2)可控硅導通後,去掉控制極上的電壓,可控硅仍然導通,所以控制極上的電壓稱為觸發電壓.(3)導通後,U AK=0.6~1.2V(4)要使導通的可控硅截止,得降低U AK,同時陽極電流也下降,當陽極電流小于最小維持電流I H時,可控硅仍能截止.3.主要參數(1)正向轉折電壓UB0,指在控制極開路,使可控硅導通所對應的峰值電壓(2)通態平均電壓U F,約為0.6~1.2V(3)擎住電流Ica—由斷態至通態的臨界電流.(4)維持電流I H:從通態至斷態的臨界電流(5)控制極觸發電壓U G,一般1~5V(6)控制極觸發電流一般為幾十毫安至幾百毫安.八.變壓器變壓器是變換電壓的器件1.電路符號. .L1 L2(a)(a)圖中是帶鐵芯(或磁芯)的變壓器的符號,它有兩組線圈L1,L2,其中L1為初級,L2為次級.圈中黑點表示線圈的同名端,它表明是同名端的兩端上的信號相位是同樣的.1.結構構成變壓器的部件一般有初級線圈,次級線圈.鐵芯線圈骨架,外殼等組成.為了防潮,絕緣,堅固,有時還泡有幾立水.鐵芯是用來提供磁路的. 3.工作原理當給初級通入交流電時,交流電流流過初級,初級要產生交變磁場,這一交變磁場的變化規律與輸入初級的交流電變化規律一樣.初級的交變磁場作用於次級線圈.次級線圈由磁勵電,在次級兩端便有感生電壓,這樣初級上的電壓便傳輸到次級了.4.主要參數(1)變匝比:變壓器初級匝數為N1,次級匝數為N2,在初級上加信號電壓為U1,次級上的電壓為U2,則有下式成立:U2/U1=N2/N1=N N為變壓器的變壓比(2)效率是在額定負載時,輸出功率與輸入功率之比值,即η=P o/P i*100%(3)電壓,電流的關系若η=100%,則有P2=P1,式中:P2為輸出功率,P1為輸入功率.因此有:U2/U1=I1/I2=N2/N1=N九.光電藕合器(英文PHOTO COUPLE)OPTOCOUPLER Test #(Requires Opto Adapter) 1 LCOFF Collector to emitter darkcurrent2 LCBO Collector to base dark current3 BVCEO Breakdown voltage,collector to emitter4 BVCBO Breakdown voltage,collector to base5 HFE Forward current transfer ratio,transistor6 VCESAT Saturation voltage,base driven7 IR Reverse current8 VF Forward voltage9 CTR Current transfer ratio,coupled10 VSAT Saturation voltage,coupled光電藕合器主要由兩個元件組成,一個發光二極管(LED),另一個是光敏器件,它可以是光電池,光敏三極管,光敏單向可控硅等器件.1.電路符號2.工作原理當有電流流過LED時,便產生一個光源,光的強度取決於激勵電流的強度,此光源照射到封裝在一起的光敏三極管上後,光敏三極管產生一個與LED正向電流成正比例,該比例稱為CTR,即電流傳輸比.I FI C/I F=CTR十.場效應管JEFT Test # Description1 VGSOFF Gate to source cutoff voltage.2 lDss Zero gate voltage drain current.3 BVDGO Drain to gate breakdown voltage.4 IGSS Gate reverse current.5 IDGO Drain to gate leakage.6 IDOFF Drain cut-off current.7 BVGSS Gate to source breakdown voltage.8 VDSON Drain to source on-state voltage.場效應管是一種由輸入信號電壓來控制其輸出電流大小的半導体三極管,是電壓控制器件,輸入電阻非常高.場效應管分為:結型場效應管(JFET)和絕緣珊場效應管(IGFET)兩大類.結型應管一.結型場效應管有N型和P型溝道兩種,電路符號如下d d 結型場效應管有三極:珊極源極N型s P型s 漏極二.工作原理結型場效應管有兩個PN結,在珊源極上加一定電壓,在場效應管內部會形成一個導電溝道,當d,s極間加上一定電壓時,電流就可以從溝道中流過,即通過源電壓來改變導電溝道電阻,實現對漏極電流的控制.三.結型場效應管的主要參數1.夾斷電壓U DS(off),當U DS等于某一個定值(10v),使Id等于某一個微小電流(如50uA)時, 源極間所加的U GS即為夾斷電壓.U DS(off)一般為1~10V2.飽和漏極電流I DS:當U GS=0時,場效應管發生預夾斷時的漏極電流.3.直流輸入電阻R GS4.低頻跨導GM5.漏源擊穿電壓U(BR)DS6.珊源擊穿電壓U(BR)GS7.最大耗散功率P DM絕緣珊場效應管MOSFET Test # Description1 V GSTH Threshold voltag2 IDss Zero gate voltage drain current.lDSx with gate to Source reverse bias.3 BVDss Drain to Source breakdown voltage.4 VDSON Drain to Source on-state voltage.5 IGSSF Gate to Source leakage current forward.6 IGSSR Gate to Source leakage current reverse.7 VF Diode forward voltage.8 VGSF Gate to Source voltage (forward)required for specified In at specified Vos.(see SISQ Appendix F)9 VGSR Gate to Source voltage (reverse)required for specified ID at specified VDS.(see also Appendix F)10 VDSON On-state drain current11 VGSON On-state gate voltage一.結構和符號它是由金屬氧化物和半導体組成,故稱為MOSFET,簡稱MOS 管,其工作原理類似於結型場效應管. 符號和極性d iDiD g bs s(1)增強型 NMOS (2)增強型 PMOSg -+- +iD iDg(3)耗盡型 NMOS (4)耗盡型PMOS 二.主要參數1.漏源擊穿電壓BV DS2.最大漏極電流I DMSX3.閥值電壓V GS (開啟電壓)4.導通電阻R ON5.跨導(互導) (GM)6.最高工作瀕率7.導通時間TON 和關斷時間十一.集成電路 (英文 Integraed Circuit 縮寫為IC)集成電路按引腳分別為:單列集成電路,雙列集成電路,園頂封裝集成gBB電路,四列集成電路,反向分布集成電路.下列介紹幾種IC(一).TL431 它是一個基準電壓穩壓器電路,電路符號如圖:陰極(K)參考輸入端®(a) 陽極(A)TL431內部結構如圖(b),其內部有一個2.5V 的基準電壓,當U R >2.5時, K,A 極處于導通狀態,當U R <2.5V 時,K,A 極截止.+ KRA(b) (二).PWM 開關電源的集成電路(IC)片1.DNA1001DP共16 Pin,各Pin 功能如下:1). CS 此腳做為電流模式控制,當此腳電壓超過1.0V時,IC失去作用2). GND 電源地3).DRIVE 驅動MOSFET管的輸出(方波輸出)4).VCC 電源5).UREF +5V參考電壓6).RT/CT 此腳接RT到Pin5接CT到地,從而設定振蕩頻率與最大占空比.7).FM 接電容到地,則會影響振蕩頻率,並且減少傳導與輻射的電磁干擾,街地則無此功能.8).COMP 內部此腳接到電流比較器上,外部電路此腳一般接到光耦合器的集電極端做回授之用.9).SS 接一個電容到地.,可達到柔和起動功能.10).FAULT 此腳電壓超過2.5V,則IC失去作用,一般此腳作保護作用.11).BROWN OUT 此腳用來感應BULK CAPACTIOR上電壓,若電壓小于2.5V則IC失去作用.12).REX 此腳接一個電阻到地,用來作為電流產生器.13).ADC 此腳用來限制占空比,當此腳電壓高于2.5V時,占空比控比例開始減少.當V=1.5V時,占空比減少到最大占空比的65%. 14).POCP 接一個電容到地,將提供OCP功能,當此腳有一連串1.2V臃沖時,此IC失去功能.15)CSLOPE 此腳為振蕩電路做電壓補償.160. GND 信號地.2.UC3842(1)UC3842有8個Pin,其各Pin功能如下:1).內部誤差放大器輸出端2).反饋電壓輸入端3).電壓供電端,當該腳電壓超過1V時,6腳無臃沖輸出4).接KT,CT產生f=1/RTG的振蕩信號5).GND6).Drive,驅動臃沖輸出7).Vcc8).+5v參考電壓,由IC的內部產生(2)使UC3842輸出端關閉的方法有三:1).關掉Vcc2).將3腳電壓升至1V以上3).將1腳電壓降至1V以下UC3843的7腳為電壓輸入端,其啟動電壓范圍為16V~34V,若電源起動時Vcc<16V,則8腳無+5V基準電壓.3.TL494TL494有16Pin,各Pin功能如下:1)采樣電壓2)從14腳分壓得2.5V標準電壓3)接阻容電路,作消振校正用4)死區時間控制輸入端,該腳電平升高,死區時間達到最大,使IC輸出驅動脈沖最窄5)CT6)RT7)GND8)Drire 驅動脈沖輸出9)Drire 驅動脈沖輸出10)Drire 驅動脈沖輸出11) Drire 驅動脈沖輸出12)Vcc13)輸出方式控制,該腳接地,內部觸器發失去作用14)+5v參考電壓15)同相端16)反相端17)16Pin通常作回授用(三)UC3854ANUC3854是功率因數校正器(PFC)的集成電路,它有16個Pin,其各腳功能如下:1)G ND 接地端2)P KLMT 峰值限制端,接電流檢測電阻的電壓負端,當電流峰值過高時,電路將被關閉.3)CAOUT 電流放大器CA輸出端4)ISENSE 電劉檢測端,內部接CA輸入負端,外部經電阻接電流檢測電組的電壓正端5)Mult Out 乘法器輸出端,即電流檢測另一端,內部接乘法/除法器輸出端和CA輸入正端,外端經電阻接電流檢測電阻的電壓負端6)JAC 輸入電流端,內部接乘法/除法器輸入端,外部經電阻接整流輸入電壓的正端7)UA Out 電壓放大器UA輸出端,內部接乘法/除法器輸入端,外部接RC反饋网絡.8)URMS 有效值電源電壓端,內部經平方器接乘法/除法器輸入端,起前饋作用,URMS的數值范圍為1.5~4.77v9)REF 基準電壓端,產生7.5V基準電壓10)ENA 起動端,通過邏輯電路控制基準電壓,振蕩器,軟起動等11)USENSE 輸出電壓檢測端,接電壓放大器UA的輸入負端12)RSET 外接電阻RSET端,控制振蕩器充電電流及限制乘法/除法器最大輸出13)SS 軟起動端14)CT 外接電容CT端,CT為振蕩器定時電容,使產生振蕩頻率為f=1.25/RSET*CT15)Vcc 集成電路的供電電壓Vcc,額定值22V16)GTDRV 門極驅動端,通過電阻接功率MOS開關管門極,該端電位鉗在15V(四)DNA 1002 CP共16Pin,該IC有OUP,UVP功能,其各Pin功能如下:1)LATCH 當過電壓欠電壓時,此腳為高電平,此腳為低電平表示輸出正常.2)COM 信號地3)PG 正常工作時此腳為高電平PG信號輸出.4)TDON 接個電容到地,產生PG延時.5)REMOTE REMOTE ON/OFF端,為低則ON,為高則Pin1高6)TDOFF 接個電容到地,起到延遲關機作用,產生PF7)DUV 接個電容到地,這樣在電容充電電壓小于2.5V參考電壓時,不做欠電壓檢測,而當充電電壓大于2.5V參考電壓時,欠電壓檢測恢復.8)BSENSE 在IC內部,此Pin是電壓供應比較器的同相輸入,當此Pin電壓低于2.5v時,則Pin3與Pin7會變低.9)V5 檢測+5V的過電壓與欠電壓,其UUP點4.0~4.24V,OVP點為6.0~6.39V10)V12 檢測+12V的過電壓與欠電壓,其UUP點為9.4~9.99V,OVP 點為14.45~15.35V11)V-12 檢測-12V的過電壓與欠電壓,此腳接參考電壓,失去此功能12)V3.3 檢測3.3V的過電壓與欠電壓,此腳接Vcc,則失去此功能,其UUP點為1.09~1.16V,OVP點為1.43~1.52V13)V-5 檢測-5V的過電壓與欠電壓,此腳接參考電壓,則失去此功能14)RCRNT 接個電阻到地,從而產生內部恆流15)VREF 2.5V參考電壓輸出16)Vcc IC電源。
放电等离子烧结技术的原理及应用_冯海波
第11卷 第3期2003年9月 材 料 科 学 与 工 艺MATERIALS SCIENCE &TECHNOLOGYVol .11No .3Sep .,2003放电等离子烧结技术的原理及应用冯海波,周 玉,贾德昌(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001,E -mail :fenghb @hit .edu .cn )摘 要:放电等离子烧结(SPS )是一种用于材料烧结致密化的新技术,为深入研究和探讨其技术优势,介绍了SPS 的基本原理和系统的组成,讨论了SPS 技术在纳米材料的制备、梯度功能材料的烧结和高致密度、细晶粒陶瓷制备等方面的应用,并对其研究和应用前景予以展望.关键词:放电等离子烧结;机理;纳米材料;梯度功能材料;陶瓷中图分类号:T F 124文献标识码:A文章编号:1005-0299(2003)03-0327-05Principle and application of spark plasma sintering technologyFENG Hai -bo ,ZHOU Yu ,JIA De -chang(School of Materials Science and Engineering ,Harb in Institute of Technology ,Harbin 150001,China ,E -mail :fenghb @hit .edu .cn )A bstract :The basic principles ,system c onstituents and typical sintering technique of spark plasma sintering (SPS ),anew advanc ed sintering tec hnique used for materials consolidation .SPS were discussed to further study its advantages .Nano -materials synthesis ,functional gradient materials (FGMs )and high density fine grain ceramic sintered by SPS were disc ussed .The future research and applic ation of SPS were reviewed as well .Key words :spark plasma sintering ;principle ;nano -materials ;functional gradient materials ;c eramic 收稿日期:2002-08-23.作者简介:冯海波(1971-),男,博士生;周 玉(1955-),男,博士,教授,博士生导师;贾德昌(1969-),男,博士,教授,博士生导师. 放电等离子烧结(SPS )是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术.由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体,因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点.该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程,对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义,在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性,现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料的制备[1,2].目前国内外许多大学和科研机构利用SPS 进行新材料的研究与开发,并对其烧结机理与特点进行深入研究与探索,尤其是其快速升温的特点,可作为制备纳米块体材料的有效手段,因而引起材料学界的特别关注[3～5].但目前关于SPS 的烧结机理还存在争议,尤其是烧结的中间过程还有待于深入研究,为此,本文将对SPS 技术有关的机理和应用予以介绍和讨论.1 SPS 系统的结构日本住友石炭矿业株式会社制造的SPS 系统主要由3部分组成(图1)[5,6]:①产生单轴向压力的装置和烧结模,压力装置可根据烧结材料的不同施加不同的压力;②脉冲电流发生器,用来产生等离子体对材料进行活化处理;③电阻加热设备.SPS 与热压(HP )烧结有相似之处,但加热方式完全不同,它是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法,通过调节脉冲直流电的大小控制升温速率和烧结温度.整个烧结过程可在真空环境下进行,也可在保护气氛中进行.烧结过程中,脉冲电流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具,因此加热系统的热容很小,升温和传热速度快,从而使快速升温烧结成为可能.SPS 系统可用于短时间、低温、高压(500～1000MPa )烧结,也可用于低压(20～30MPa )、高温(1000～2000℃)烧结,因此广泛应用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结,包括一些用通常方法难以烧结的材料,如表面容易生成硬的氧化层的金属钛和铝用SPS 技术可在短时间内烧结到90%～100%致密[1,2,5].图1 放电等离子烧结系统示意图[5,6]Fig .1 Schematic diag ram of SPS system [5,6]2 放电等离子烧结机理SPS 作为一种新颖而有效的快速烧结技术,已应用于各种材料的研制和开发,但SPS 的烧结机理目前还没有达成较为统一的认识[1,4,5,7].一般认为:SPS 过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外,还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压,并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用,因而产生了一些SPS 过程特有的现象,如图2所示[5,8].SPS 的烧结有两个非常重要的步骤,首先由特殊电源产生的直流脉冲电压,在粉体的空隙产生放电等离子,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,如图3所示[9].等离子体的产生可以净化金属颗粒表面,提高烧结活性,降低金属原子的扩散自由能,有助于加速原子的扩散.当脉冲电压达到一定值时,粉体间的绝缘层被击穿而放电,使粉体颗粒产生自发热,进而使其高速升温.粉体颗粒高速升温后,晶粒间结合处通过扩散迅速冷却,电场的作用因离子高速迁移而高速扩散,通过重复施加开关电压,放电点在压实颗粒间移动而布满整个粉体.使脉冲集中在晶粒结合处是SPS 过程的一个特点.颗粒之间放电时会产生局部高温,在颗粒表面引起蒸发和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量立即从发热中心传递到颗粒表面和向四周扩散,颈部快速冷却而使蒸气压低于其他部位.气相物质凝聚在颈部形成高于普通烧结方法的蒸发-凝固传递是SPS 过程的另一个重要特点.晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、晶界扩散都得到加强,加速了烧结致密化过程,因此用较低的温度和比较短的时间可得到高质量的烧结体[5,8,10].图2施加直流开关脉冲电流的作用[5,8]Fig .2 Effect of O N -OF F DC pulse energizing [5,8]图3 放电过程中粉末粒子对的模型[9]Fig .3 M odel of par ticle -pair in discharg e process [9] 虽然目前尚未对脉冲电流对烧结致密化的影响有统一的认识,但研究表明对于块体金属材料,大电流脉冲的作用对物质的结晶过程有重要的影响.脉冲电流作用下的结晶过程,当无序介质中有脉冲电流作用时,成核率可表为I =A ′D ′exp {-(W c +W 0)[k (T 0+T c (t ))]-1}.式中:W 0为未加脉冲时的热力学势垒,W c 为电脉冲引起的势垒改变,T 0为初始温度,T c 为焦耳热引起的温升,D ′为载流介质的扩散系数,A ′为不依赖于温度的常数,k 为Boltzman 常数.在形核初期,核所占体积可以忽略,因金属热导率高,故可忽略其内部的温度不均匀,则T c 和电流密度(j )的关系为T c =j 2t (σ0ρλ)-1.式中:σ0为无序介质的电导率,ρ为密度,λ为比·328·材 料 科 学 与 工 艺 第11卷 热,t为通电时间,满足0<t<τp,τp为脉冲宽度.电流引起的成核势垒改变为W c= c-21[j0(r)j0(r′)-j n(r)j n(r′)]d r d r′/2|r-r′|.式中:j0和j n分别为形核前后的电流密度分布, r和r′为空间坐标,c1为常数.当一脉冲作用后,将形成许多球形小晶核,镶嵌于无序背景中,推导得W c=K1j2ζV.式中:K1为与材料有关的常数,j为电流密度分布,V为晶核的体积,ζ=(σ0-σn)(σn+ 2σ0)-1(式中σn为形核后的电导率),则脉冲电流作用下的形核公式为I=A′D′exp{-(W0+K1j2ζV)×[k T+kj2t(σ0ρλ)-1]-1}.当脉冲宽度很窄时,τ K1|ζ|Vσ0ρλk-1,则I=A′D′exp[-(W0+K1j2ξV)×(k T0)-1],若σn>σ0,则ζ<0,相应于结晶过程.此时W c <0,I>I0(I0为未加脉冲时的形核率),这表明脉冲电流可以通过减小成核势垒来增大成核率.根据Av rami方程,成核率增大将引起晶粒细化.脉冲电流的驰豫时间极短,因此在超短脉冲电流的作用下,有可能获得大块纳米晶材料[11].因此,在理论上SPS过程可提高成核率,从而获得较为细小的组织,这也是SPS方法引起广泛关注的主要原因.但SPS快速烧结的机理还存在争议,其烧结的中间过程还有待于进一步深入的研究.有关等离子体的产生尚缺乏具有说服力的证据,尤其是对于非导电性粉体,电流不能通过,通常认为其烧结致密化是由模具和上下压头充当发热体,热量传递快捷,同时由于大电流的采用,使非导电性粉体快速通过低温区直接进入高温区,是SPS 能够实现快速烧结的主要原因.3 放电等离子烧结的应用3.1 纳米材料的制备纳米材料以其独特的性能特点,引起材料学界的关注,但纳米晶块体材料的较为有效和实用的制备方法目前还在研究探索之中.SPS技术由于烧结时间大大缩短,可以抑制晶粒的长大,因此有望获得致密的纳米材料.尤其是机械合金化等非平衡方法获得的粉末,晶粒细化的同时引入的大量缺陷和亚结构,无法在传统的热压或热等静压烧结过程中得以保留和体现,而SPS技术作为一种快速烧结方法则可能使这些特点在烧结后的块体材料中得以保留.Yong等用机械合金化方法制备平均晶粒尺寸10～15nm的复合粉末,900℃/60MPa/5min放电等离子烧结获得了致密度大于95%、晶粒尺寸小于30nm的Fe-Co块体材料[12].研究表明:由于外加电压对扩散的促进作用,活化能比无压烧结略有降低,脉冲电流使晶粒表面活化,在SPS过程中晶粒生长极快,只是由于烧结时间极短而且烧结温度远低于热压等传统方法才能够获得较小的晶粒尺寸[13,14],因此很难制备晶粒尺寸小于100nm 的Y-TZP材料[15].WO3、Mg和C粉末,通过机械合金化的方法制备纳米复合粉末,经1963K/19.2 -38.2MPa/5min真空SPS烧结可获得致密的WC和WC-18%MgO纳米复合材料[16].采用SPS 法已成功制备了MgO/BaTiO3[17]、TiAl-X和Ti3Al -X[18]、WC-10Co[19]、Nd2Ti2O7/Al2O3[20]等多种纳米复合材料.此外,对Mo[21]、NiTi[22]、Nb-Al-N和Nb-Al-Mo[23]、TiAl/Ti2AlC[24]等多种体系的复合材料,采用SPS方法制备均能够获得较高性能的块体材料.因此,用机械合金化制备纳米或非晶的复合粉末,采用非平衡的SPS快速烧结技术有望成为制备多种纳米复合材料或大块非晶合金的有效方法.3.2 梯度功能材料的烧结梯度功能材料(FGMs)是一种组成在某个方向上梯度分布的复合材料,在金属和陶瓷粘合时由于二者烧结致密的温度相差较大,且界面的膨胀系数不同而产生热应力,给材料的制备带来困难,而应用SPS方法可以很好的克服这一难点,实现烧结温度的梯度分布.日本学者采用SPS系统制备了致密的ZrO2(3Y)/Ni、ZrO2(3Y)/不锈钢和聚酯亚胺/Al等梯度功能材料[5,25].将不同组成的混合ZrO2/Ni粉体(95%/90%/85%/ 80%/75%/70%/60%/50%/30%ZrO2(体积分数)依次分层放入如图4所示的石墨模具中进行放电等离子烧结,在样品的两端形成温度梯度,从而使梯度分布的粉末一次烧结致密,其密度远高于普通烧结方法.通过调整模具的形状可以改变和控制模具内的温度分布,使复杂形状试样的制备成为可能.而采用导电复合粉末制备层状梯度复合材料时,可以通过调整复合粉末成分形成可设计的电阻值,从而在脉冲电流通过时形成温度梯度或温度变化.Shen还采用SPS法分别制备了交替层叠和梯度分布的TiN/Al2O3复合材料[26].采用SPS不仅能够制作轴向层状梯度材料,而且还能制作径向圆筒状梯度材料[3].随着SPS技术的广泛使用新型梯度功能材料正不断问世[27].·329·第3期冯海波,等:放电等离子烧结技术的原理及应用图4 石墨梯度模具F ig.4G radient g raphite die3.3 高致密度、细晶粒陶瓷在SPS过程中,每一个粉末及其相互间的孔隙都是发热源,因此烧结时传热时间极短,可以忽略不计,烧结温度也大为降低,而且如前所述,还可通过增大形核率来降低晶粒尺寸,因此可获得高致密的细晶或纳米晶陶瓷材料.Kim采用球磨制得晶粒尺寸25nm的Al2O3/Cu粉末,在50MPa压力,1250℃烧结5min,获得晶粒尺寸200～500nm的陶瓷材料,其相对密度达97%以上,断裂韧性为4.51MPa·m1/2[28].Yoshimura利用化学方法制得的小于10nm的10%Al2O3/ZrO2粉末,在1300℃烧结,获得晶粒尺寸小于100nm,相对密度高于98%的陶瓷材料[29].Nishimura用SPS方法制备α-Si3N4和β-Si3N4陶瓷,烧结温度1500～1 600℃,时间5～7min,达到理论密度的98%以上,晶粒尺寸150～200nm[30].中科院上海硅酸盐研究所的研究者用SPS方法制备了Al2O3等氧化物[31]、SiC-Al2O3[32]、SiC-ZrO2-Al2O3复相陶瓷[33,34]和纳米3Y-TZP[13]等多种材料,并通过对其力学性能和显微结构的研究,认为SPS方法制备的陶瓷复合材料与普通烧结方法相比,在降低烧结温度提高致密度的同时,强度和韧性均有所提高[35～37].在研究Sialon陶瓷时发现,采用SPS制备方法1600℃烧结,当加热速率为200℃/min时,发生各向异性的Ostwald长大(动态长大),不需添加晶种即可以使晶粒各向异性长大,获得由长棒状晶粒构成的韧性互锁显微组织,从而提高其断裂韧性.对于其他体系的陶瓷也可通过液相烧结的动态长大机制改善显微组织结构提高力学性能[38,39].此外,SPS方法逐步应用于金属间化合物、金属基复合材料、超导材料、磁性材料和压电陶瓷以及铁电和热电材料等制备与研究,并获得了较为优异的性能.随着SPS技术的发展,其在材料科学研究领域中的应用也在不断扩展.4 结语SPS方法是一种新颖的烧结方法,升温速度快、时间短、烧结效率高,可获得高致密度的产品,其独特的等离子体活化和快速烧结作用,抑制了晶粒长大,较好地保持了原始颗粒的微观结构,从而在本质上提高了材料性能,并为纳米晶材料和新性能材料的制备提供了可能.SPS技术可以通过控制模具的形状等因素来改变和控制温度场分布,有望获得形状复杂的梯度功能材料.尽管目前关于SPS的烧结机理还存在争议,尤其是烧结的中间过程和现象还有待于深入研究,但众多的实验已表明,SPS这一快速有效的制备技术在材料科学领域有着更为广阔的应用前景.参考文献:[1]王士维,陈立东,平井敏雄,等.脉冲电流烧结机理的研究进展[J].无机材料学报,2001,6(16):1055-1061.[2]陈立冬,王士维.脉冲电流烧结的现状与展望[J].陶瓷学报,2001,3(22):204～207.[3]罗锡裕.放电等离子烧结材料的最新进展[J].粉末冶金工业,2001,6(11):7-16.[4]张久兴,刘科高,周美玲.放电等离子烧结技术的发展与应用[J].粉末冶金技术,2002,3(20):129-134. 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表面等离子激元
表面等离子激元
什么是表面等离子激元?
1. 表面等离子激元(SPs)是一种表面等离子体,即各向同性电荷云(ECCs),
它们生长在多个具有吸引力的表面上。
2. 表面等离子激元通常在加热表面时形成，激元的表面结构有细胞结构、纳米结构和微米结构。
它们由费米子、原子核和电子形成。
3. 表面等离子激元可以吸收和反射入射的辐射，且对表面温度的变化
也有较大的影响，对黑体辐射的数量有着较大的影响。
4. 除此之外，表面等离子激元还可以在太阳能电池中用作发光元件，
能够把辐射能量转换为电能。
5. 同时，表面等离子激元还可以用于药物传递和纳米医学研究，可以
作为作为用于诊断和治疗疾病的指标物质。
体内的激元可以将激发态
发射到细胞表面，起到治疗疾病效果，使疾病状况得到改善。
6. 由于表面等离子激元的独特性，它们在抗菌和抗致病方面被越来越
多的应用于现代的医学。
7. 在材料科学领域，表面等离子激元可以应用于多种材料，如金属、
陶瓷、塑料等，可以改变它们的物理和化学性质，使它们的性能变得
更好。
8. 此外，表面等离子激元还可以用于降解有害物质，如污染物、毒素、药物废弃物等，是实现水污染控制、改变制造业里污染物含量的重要
途径。
9. 综上所述，表面等离子激元是一种非常有用的物质，可用于多种应
用和场景，如太阳能电池、药物传递、抗菌和抗致病、材料科学、降解有害物质等，将为人类丰富的生活提供更多的帮助。
sps原理与实验
实验四放电等离子体烧结(SPS)一、实验目的１了解放电等离子体烧结（ＳＰＳ）的基本原理；２熟悉放电等离子体烧结的设备。
二、实验原理固相烧结使颗粒产生化合物层或固溶体层，并互相结合在一起。
但无论何种情况，其先决条件是颗粒间必须发生传质，否则颗粒不可能结合，颗粒传质受两种因素影响：(1)颗粒的表面性质；(2)颗粒间近距离原子间作用力。
传统烧结时，颗粒表面具有惰性膜，且颗粒间无主动作用力，因而烧结时间较长。
SPS技术克服了上述缺点，新型的ＳＰＳ设备采用的是ＯＮ－ＯＦＦ直流脉冲电源。
在５０ＨＺ供电电源下，通过适当的变换，输出连续的方形脉冲（脉冲的时间为３.２ms），由于不断地有强脉冲电流加在粉末颗粒上，产生了诸多有利于快速烧结的效应。
1、由于脉冲电流是直接加在样品及模具上，发热快，传热快，因而烧结样品的升温快、时间短；2、样品颗粒间存在极小的间隙时，由于脉冲电压的存在，瞬间产生强电场，击穿间隙产生放电现象。
脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可以被击穿，使粉末得以净化、活化，有利于样品在较低低温度下烧结；3、带电粒子在电场的作用下快速移动，大大促进了粉末颗粒的原子扩散，其扩散系数比通常热压条件下要大的多，促进了粉末烧结的快速化；综上所述，具有如下烧结特点：(1)烧结温度低（比常规的热压烧结低100℃~200℃）、烧结时间短（一般在10 min左右）、可获得细小、均匀的组织，并能保持原始材料的自然状态；(2)能获得高致密度材料；(3)通过控制烧结组分与工艺,能烧结类似于梯度材料及大型工件等复杂材料。
图1、SPS实验装置图图2、SPS烧结阶段图3、SPS烧结原理图4、原子扩散示意图5、SPS烧结过程放电机理三、仪器与药品仪器：SPS-1050药品：SPS可烧结的样品极多，大致可分以下几大类：作为实验演示，选用药品：Al2O3、SrFe12O19在氧化铝陶瓷基体中生成硬磁铁氧体粒子，通过控制工艺条件使氧化铝与硬磁铁氧体粒子在界面上形成部分固溶的复合材料。
火花等离子体光谱分析技术在元素分析中的应用
火花等离子体光谱分析技术在元素分析中的应用火花等离子体光谱分析技术（Spark Plasma Spectroscopy，SPS）是一种重要的元素分析方法，它可以用来分析样品中的元素种类和含量。
该技术的原理是利用火花电极产生的高温等离子体在特定条件下发射各种元素的特征光谱线，然后通过光谱仪检测并分析光谱线的强度和位置，从而确定样品中各元素的含量和种类。
SPS技术已广泛应用于金属、非金属、化学、环境等领域，成为了重要的元素分析手段之一。
SPS技术的优点在于具有无损分析、快速、高灵敏度、不同元素之间不会相互干扰等特点。
在样品处理方面，该技术仅需样品的粉末或固体片状，处理和制备时间短，并且不需要太多的人力和财力成本。
在检测方面，SPS技术还可以对样品进行非破坏性检测，因此非常适用于各种复杂样品的分析，如金属材料、陶瓷、矿物、水质、纺织品、垃圾和粉尘等。
SPS技术在金属分析中的应用SPS技术在金属分析中应用非常广泛，可以分析各种金属材料中的元素种类和含量。
对于构成复杂和多元合金的金属材料，这种技术可以快速、准确地分析出其中的各种元素含量，如不锈钢中的钼、铬、镍、钛等元素；铝合金中的镁、硅、铜等元素；和其他合金中的各种元素。
因此，SPS技术具有非常广泛的实际应用价值。
SPS技术在其他领域的应用SPS技术除了在金属领域的应用外，在其他领域的应用也开始逐渐展现出来。
在环境监测方面，该技术可以对水体、大气、土壤中的重金属、有机物等进行分析，以检测环境质量状况。
在化学分析方面，SPS技术可以用来分析常见的元素，如硫、氮、氧、碳等等。
在土壤学领域，该技术可以用来评估土壤中的重金属含量和其分布状况，以研究土壤化学性质和土壤污染情况。
总之，SPS技术是一种极具潜力的元素分析技术。
其在金属领域的应用已经非常成熟，而在化学、环境、土壤领域的应用还有待于进一步的探索和开发。
对于实验室和工业生产中需要对多元合金等复杂材料进行分析的场合，SPS技术可以提供高质量、安全、快速的测试方案和结果，为各种领域的科学和技术创新提供了重要的支持。
等离子体效应
表面等离子体表面等离子体表面等离子体（surface plasmons，SPs）是一种电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，它能够被电子也能被光波激发。
表面等离子体是目前纳米光电子学科的一个重要的研究方向，它受到了包括物理学家，化学家材料学家，生物学家等多个领域人士的极大的关注。
目录编辑本段1902年，R. W. Wood在光学实验中首次发现了表面等离激元共振现象。
1941年，U. J. Fano等人根据金属和空气界面上表面电磁波的激发解释了这一现象。
R. H. Ritchie注意到，当高能电子通过金属薄膜时，不仅在等离激元频率处有能量损失，在更低频率处也有能量损失峰，并认为这与金属薄膜的界面有关。
1959年，C. J. Powell和J. B. Swan通过实验证实了R. H. Ritchie的理论。
1960年，E. A. Stren和R. A. Farrel研究了此种模式产生共振的条件并首次提出了表面等离激元（Surface Plasmon，SP）的概念。
在纳米技术成熟之后，表面等离子体受到了人们极大的关注，成为目前研究的热点。
它已经被应用于包括生物化学传感，光电子集成器件多个领域。
编辑本段基本原理表面等离子体（Surface Plasmons，SPs）是指在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波。
其产生的物理原理如下：如作图所示，在两种半无限大、各向同性介质构成的界面，介质的介电常数是正的实数，金属的介电常数是实部为负的复数。
根据maxwell方程，结合边界条件和材料的特性，可以计算得出表面等离子体的场分布和色散特性。
金属膜与电介质表面间的等离子体振荡一般来说，表面等离子体波的场分布具有以下特性：1.其场分布在沿着界面方向是高度局域的，是一个消逝波，且在金属中场分布比在介质中分布更集中，一般分布深度与波长量级相同。
2.在平行于表面的方向，场是可以传播的，但是由于金属的损耗存在，所以在传播的过程中会有衰减存在，传播距离有限。
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第三章:SPS原理介紹
轉換式電源供應器
一.SPS定義
只要能夠供給我們電能的裝置,我們稱之為電源.無論是何種電源
裝置都是利用能量守衡定律，通過某種轉換電路來完成電壓的轉換.
轉換式電源供應器(Switching Power Supply,簡稱SPS)為荷蘭人Neti R.M.Rao 于1970年所發展研出來,是一种非線性轉換式電源供應器. 就是將輸入交流電壓整流濾波後的直流高壓作一定頻率的切換成高壓
方波信號.該信號經隔離變壓器轉換成低壓直流,再對其加以整流濾波得到固定直流電壓輸出.
由于微電子的迅速發展，如今的用電設備對電源系統的要求在設計上性能更加完善，效率更高，重量較輕，体積小和高的功率。
SPS正是這种趨下的新產物，比以往的線性串聯穩壓器更适合。
所以在日趨复雜的電子和電腦系統中SPS扮演了一個舉足輕重的角色。
SPS除了應用
在PC 電腦上以外，亦可以用于MONITOR.TERMINAL.數值工具机.儀器.音
響.通訊与飛彈系統等領域中。
SPS 與Liner 線性電源供應器相比較:
表3-1
Liner 方框圖 圖3-1
OUT DC
圖3-2
(一).SPS方框圖
SPS方框圖如圖3-2所示一般由三部分組成:一是輸入回路.二是輸出回路.三是控制回路.
輸入回路由EMI濾波電路.高壓整流濾波.隔离變壓器初級和高壓方波切割元件所組成，其與電网直接連接高電壓.輸出回路由隔离變壓器次級.低壓整流濾波電路所組成，其與控制回路都由低壓電子元器件組成.輸入回路与輸出回路兩者間采用隔離變壓器進行隔离確保人身與低壓電子器件之
安全，這樣不僅達到高低電壓隔離,還做到高低電壓的轉換功能.控制回路由PWM電壓調整電路和保護回路組成，高低電壓回路采用光耦進行隔離.
1.工作原理
交流輸入電壓(AC)經EMI濾波電路濾波一些電网來的干擾與雜訊後,直接予以整流與濾波得到高壓直流(DC).再將直流高壓進入方波切割器件(MOSFET)中,切割成20~200KHZ的高頻電壓方波信號.該方波信號進入隔離變壓器初級,而由次級所感應出的低壓交流電勢經整流濾波後,得到低壓穩定直流輸出,供給負載.不管輸入電壓有無變化或輸出負載是否變動,都要保持輸出直流電壓的穩定.因此,經直流輸出監控電路對輸出電壓加以監控,并把信號回饋給PWM邏輯控制電路調整占空比.從而調整輸出電壓達到穩定效果.當負載發生故障(如:短路,過載等)時可通過保護電路把信號迅速回饋給PWM邏輯控制電路使方波切換元件停止工作,達到保護的功能.
(二).輸入回路
1.EMI(Electronic Magnetic Interference) 濾波電路:
EMI 濾波電路時際上是一個π型濾波器,由電感L 和電容C 組成,如圖3-3所示:
雜訊在電源電路中可分為兩種:第一種是常態雜訊.它主要產生於電路本身,可采用無源濾波電路在電路輸出端并聯電容可解決消除之.第二種是共態雜訊.它產生於輸入與輸出,輸入與機殼及輸出與機殼之間,常用的消除方法是采用EMI 濾波電路.CX1,CX2,FL1組合可消除常態雜訊;而CY1,CY2,FL1組合可以消除(衰減)共態雜訊.因此EMI 電路不僅對常態雜訊有效,對共態雜訊也有一定消除效果.
FL2
圖3-3
FL1 OUT
2.高壓整流濾波電路
SPS產品追求國際化紛紛打入國際市場,因此SPS的輸入電壓條件就應符合世界各國的電网電壓標準(如:110V AC 47HZ,230V AC 50HZ等),一般SPS所使用的電壓：低壓90伏特至130伏特交流電壓及高壓180伏特至260伏特交流電壓.因此就引出了一個高低電壓的轉換問題,電路如圖3-4所示:
+
OUT
D1
+
圖3-4
原理:當輸入為220V AC時,D1~D4同時工作,SW處於OPEN OFF狀態.若B 端為正,則電流方向依順序為B D4 C C1 C2 D2 A(負);若A 端為正,則電流方向依序為A D1 C C1 C2 D3 B(負)
V out=V in* 2 f=60HZ*2=120HZ
當輸入為110V AC時,只有D3,D4在工作,而SW也處於ON狀態,若B 端為正,則電流方向依序為B D4 C C1 COM A;若A端為正,則電流方向依序為A COM C2 D3 B.
V out=Vin(rms)* 2 f=120HZ
3.PWM邏輯控制回路
脈寬調制法(Pulse Width Modulation 縮寫為PWM).是對開關元件的導通占空比進行調節和控制.通過調節占空比使輸出電壓基本不隨負載變化和輸入電壓的變化而變化.
在台達設計的DESKTOP轉換式電源供應器中,PWM邏輯控制電路核心一般都采用DNA1001或UC3843,UC3842來完成PWM控制調整功能.關于DNA1001.UC3842与UC3842的管腳功能在第一章已介紹，現以UC3842為例簡單介紹PWM邏輯控制原理.
(1).工作原理
由UC3842組成的PWM邏輯控制電路如圖3-5所示，當接入市電後B+電壓經R1減壓加至UC3842 Pin7 Ucc腳, 當該電壓上升到14v時UC3842起振蕩工作.Pin6腳輸出方波驅動信號,Q1管導通電流從變壓器Pin1腳流向Pin2腳,并經R5到地.此時變壓器Pin3腳感應出一正電勢,因D2反向截止L2繞阻不損耗電能(變壓器存儲能量).當Q1由導通變截止後D2正向導通電壓供向UC3842 Pin7 Ucc腳使其工作. (1)過流保護
當負載電流超過額定值或輸出短路時,引起Q1電流增加.當增至
I*R5>1V時,該電壓反饋至UC3842 Pin3腳,通過內部電流放大器使占空比變小,使輸出電壓下降,同時Pin7 Vcc腳工作電壓也下降.當工作電壓下降至額定工作電壓以下時,電路停止工作,達到保護的目的.
B
圖3-5
(2).穩壓原理
當輸出電壓因負載由重變輕時,光藕的感光強度增大，回反饋Pin2腳的電壓也增大,通過Pin2腳內部比較器比較,使Pin6腳輸出方波變窄,即方波的占空比變小，從而使輸出電壓下降.
(三).輸出回路
當方波切割元件動作有電流經隔離變壓器初級流過,在其次級就會根
據饒組匝數比感應產生相應的電動勢(交流).該交流電勢經過整流濾波電路後得到穩定的直流電壓輸出.
在實際電路中隔離變壓器次級繞阻只有+5V,+12V,-12V繞阻,而3.3V 則通過磁開關(也叫截波器)把+5V轉換成3.3V,再經整流濾波輸出，電路圖如圖3-6所示.截波器原理同是根据調節一個方波的占空比來得到相應的電壓，所不同的是截波器利用截波電感來調節.
5V A 3.3V
5V
B點波形
3.3V
圖3-6 截波原理
(1)輸出濾波電路
SPS与Liner相比較差异在于SPS設計上比較難，而且SPS輸出紋波比較大.因此SPS的主電壓輸出回路都常采用無源LC濾波電路.經濟,簡單,易行(電路如圖3-7a中虛框所示).
OUT
(a)
(b) 圖3-7
(2).負電壓(-12v –5v)
在SPS中對負電壓要求不高，隔離變壓器次級繞阻中隻有一個負12伏特電壓繞阻，轉換出的負電壓經整流濾波，再經線性負壓穩壓IC(7912)得出穩定的12伏特電壓.而負5伏特從負12引進輸入電壓經IC(7905) 得出穩定的5伏特電壓.電路如圖3-7b所示.
(四).控制回路
(1).電壓調整
電壓調整電路如圖3-8所示.通過調節UR調節器的阻值改變A點的電壓(即TL431觸發極電壓),改變TL431回路的電流大小,從而改變發光二極管發光速度.光耦C-E極內阻大小也因光強弱改變,從而控制PWM改變占空比達到調整電壓的目的.
DESKTOP時際應用中+12V與+5V共用一個TL431電壓調整回路,通過調節VR來調節+5V與+12V之間的搭配;而+3.3V常獨自采用一個TL431電壓調整回路,或者通過調節VR來調節，或者直接采用電阻固定TL431觸發極的電壓,不用UR調節.
5V SB
5V
回授控制
TL431 A
VR
圖3-8
(2).保護電路
a.過電流保護Over Current Protection OCP
通過PWM控制IC上的電流模式控制端來實現保護.當負載發生短路與超載時電源供應器的輸出電流增大,而在隔離變壓器初級也由於饒組間匝數比的關系流過MOSFET的電流也增大.PWM電流模式控制端所接電阻上電壓UR=Ii*R增大.當UR值>1V時PWM感應到并減小占空比使輸出電壓偏低,低到欠壓保護點時保護.電路如圖3-9所示.
注意:PWM IC使用UC3843或UC3842時,Pin3電壓大于1V時該IC 的Vcc電壓也會下降,當降至額定工作電壓時IC停止工作,直接保護掉.
圖3-9
b.過壓欠壓保護
DNA 1002是專為轉換式電源供應器保護而設計的一個IC,對于供應器所有的輸出電壓均有獨立的監控端.受控電壓經分壓网絡分壓後與基準電壓進行比較,當大于基準電壓時會使DNA 1002 Pin1腳電壓由低電平變為高電平,發光二極管停止工作,PWM保護鎖定解脫,起到保護作用. 電路
如圖3-10所示.
+5V SB 監控端
圖3-10。