放电等离子体烧结技术课件
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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。
▪ 2000年6月武汉理工大学购置了国内首台SPS装置。 ▪ 随后上海硅酸盐研究所、清华大学、武汉大学等高校及科研机构也相继引进了
SPS装置, 用来进行相关的科学研究。
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放电等离子体烧结（SPS）简介
由于其独特的烧结机理, 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。
8
放电等离子烧结（SPS）的应用
将1700 C下用SPS分别烧结3 min和5 min的样品与常规方法在1500 C烧结 72 h的样品对比可以看出使用SPS方法得到的样品所用时间更短, 致密性更 好。
放电等离子体烧结技术
Spark Plasma Sintering（SPS）
课程：材料合成与制备
1
目录
1. 放电等离子烧结（SPS）简介 2. 放电等离子烧结（SPS）的基本原理 3. 放电等离子烧结（SPS）的优缺点 4. 放电等离子烧结（SPS）的应用
2
放电等离子体烧结（SPS）简介
SPS的发展
▪ 1930年, 美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理, 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。 ▪ 由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点, 近几年国内外许多大学和科研机构
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放电等离子烧结（SPS）的优缺点
放电等离子烧结(SPS)技术具有在较低温度下实现快速烧结致密材 料的特点, 与传统烧结方法相比, 不仅可以节约能源、节省时间、提高设 备效率, 而且所得的烧结体晶粒均匀、致密度高、力学性能好, 这对于工 业生产和科学研究来说, 在节约能源、提高生产效率方面都有极为重要 的意义。
放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入 石墨等材质制成的模具内, 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、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新 的粉末冶金烧结技术。
放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点, 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。同时低电压、高电流的特征, 能 使粉末快速烧结致密。
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放电等离子体烧结（SPS）的基本原理
放电等离子体烧结系统原理
放电过程中粉末粒子对的模型
粉末颗粒微区存在电场诱 导的正负极, 在脉冲电流作用 下颗粒间发生放电, 激发等离 子体, 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, 在粉末颗粒未接 触部位产生自发热。
Materials Letters, Volume 196, 1 June 2017, Pages 403-405
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放电等离子烧结（SPS）的应用
Materials Letters 123 (2014) 142–144
10
谢谢~
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但是SPS的基础理论目前尚不完全清楚, 需要进行大量实践与 理论研究来完善, SPS需要增加设备的多功能性和脉冲电流的容量, 以便 做尺寸更大的产品；特别需要发展全自动化的SPS生产系统, 以满足复 杂形状、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产需要。
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放电等离子烧结（SPS）的应用
等离子体烧结技术的适用范围
▪ 2000年6月武汉理工大学购置了国内首台SPS装置。 ▪ 随后上海硅酸盐研究所、清华大学、武汉大学等高校及科研机构也相继引进了
SPS装置, 用来进行相关的科学研究。
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放电等离子体烧结（SPS）简介
由于其独特的烧结机理, 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。
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放电等离子烧结（SPS）的应用
将1700 C下用SPS分别烧结3 min和5 min的样品与常规方法在1500 C烧结 72 h的样品对比可以看出使用SPS方法得到的样品所用时间更短, 致密性更 好。
放电等离子体烧结技术
Spark Plasma Sintering（SPS）
课程：材料合成与制备
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目录
1. 放电等离子烧结（SPS）简介 2. 放电等离子烧结（SPS）的基本原理 3. 放电等离子烧结（SPS）的优缺点 4. 放电等离子烧结（SPS）的应用
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放电等离子体烧结（SPS）简介
SPS的发展
▪ 1930年, 美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理, 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。 ▪ 由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点, 近几年国内外许多大学和科研机构
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放电等离子烧结（SPS）的优缺点
放电等离子烧结(SPS)技术具有在较低温度下实现快速烧结致密材 料的特点, 与传统烧结方法相比, 不仅可以节约能源、节省时间、提高设 备效率, 而且所得的烧结体晶粒均匀、致密度高、力学性能好, 这对于工 业生产和科学研究来说, 在节约能源、提高生产效率方面都有极为重要 的意义。
放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入 石墨等材质制成的模具内, 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、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新 的粉末冶金烧结技术。
放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点, 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。同时低电压、高电流的特征, 能 使粉末快速烧结致密。
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放电等离子体烧结（SPS）的基本原理
放电等离子体烧结系统原理
放电过程中粉末粒子对的模型
粉末颗粒微区存在电场诱 导的正负极, 在脉冲电流作用 下颗粒间发生放电, 激发等离 子体, 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, 在粉末颗粒未接 触部位产生自发热。
Materials Letters, Volume 196, 1 June 2017, Pages 403-405
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放电等离子烧结（SPS）的应用
Materials Letters 123 (2014) 142–144
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谢谢~
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但是SPS的基础理论目前尚不完全清楚, 需要进行大量实践与 理论研究来完善, SPS需要增加设备的多功能性和脉冲电流的容量, 以便 做尺寸更大的产品；特别需要发展全自动化的SPS生产系统, 以满足复 杂形状、高性能的产品和三维梯度功能材料的生产需要。
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放电等离子烧结（SPS）的应用
等离子体烧结技术的适用范围