等离子制备技术PPT课件
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99.9%的物质是等离子体状态
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等离子体的基本概念
• 等离子体与气体的区别 • 等离子体是导电流体而又整体上保持电中性 • 组成中带电粒子间存在库仑力 • 等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约
• 并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足 以限制其自身运动时，这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不 过是互不相关的各部分的简单加和，而不具备作为物质的第四态的典型性和特征，仍属于气态。
• 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。用通常方法烧结时所必需的传热过程在SPS过程中可以忽略不计。因此烧结时间可以 大为缩短，烧结温度也明显降低。对于制备高密度、细晶粒陶瓷，SPS是一种很有优势的烧结手段。
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等离子放电烧结
• 电子-电子
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等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术SPS（Spark Plasma Sintering ）：在粉末间直接通入脉冲电流进行加热烧结，也被 称为等离子活化烧结或等离子体辅助烧结
• 等离子体烧结发展始： • 1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理 • 1965年，脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用 • 1988年，日本研制出第一台工业型等离子体烧结装置 • 1996年，日本组织了等离子体烧结研讨会，每年召开一次 • 1998年，瑞典购进等离子体烧结系统，对碳化物、氧化物及生物陶瓷等进行较多研究工作 • 2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置，此后国内多所高校及研究所相继引进该 装置，成为材料制备的全新技术
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等离子体的基本概念
• 等离子体分类 • 高温等离子体（热等离子体）：压力大于1.33×104Pa时，气体密度大，电子撞击气体分子，能量转移， 电子温度和气体温度几乎相等 • 低温等离子体（冷等离子体）：压力小于1.33×104Pa时，气体密度小，电子撞击气体概率小，气体吸 收电子的能量少，气体温度与电子温度分离，电子温度~104K，气体温度102~103K • 气体压力越小，电子和气体的温差就越大
• 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。
• 电磁材料：采用 SPS 技术还可以制作SiGe，Pb Te，BiTe，Fe Si，C oSb 3等体系的热电转化元件，以 及广泛用于电子领域的各种功能材料，如超导材料、磁性材料、靶材、介电材料、贮氢材料、形状记 忆材料、固体电池材料、光学材料等。
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等离子放电烧结
• 特点： • 非导电粉中难以有电流通过，因此SPS难以对非导电粉体的进行烧结 • SPS过程中，颗粒之间放电时，会瞬时产生高达几千度至上万度的局部高温，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 却而使蒸汽压低于其他部位。 • 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。SPS过程可以看作是颗粒放电、导电加热 和加压综合作用的结果。
• 但是，温度越高，晶粒的生长速率就越快，其力学性能就越差。而温度太低， 样品的致密度就很低，质量达不到要求。温度与晶粒大小之间的矛盾在温度的 选择上要求一个合适的参数。
第24页/共47页
等离子放电烧结
• 保温时间：延长烧结温度下的保温时间，一般都会不同程度地促进烧结完成，完善样品的显微结
构，这对粘性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理的烧结影响较小。在烧结过程 中，一般保温仅1分钟时，样品的密度就达到理论密度的96.5%以上，随着保温时间的延长，样品的致 密度增大，但是变化范围不是很大，说明保温时间对样品的致密度虽然有一定的影响，但是作用效果 不是很明显。但不合理地延长烧结温度下的保温时间，晶粒在此时间内急剧长大，加剧二次重结晶作 用，不利于样品的性能要求，而时间太短会引起样品的致密化下降，因此需要选择合适的保温时间。
第16页/共47页
等离子放电烧结
• 金属间化合物：金属间化合物具有常温脆性和高熔点，因此制备或生产需要特殊的过程。利用熔化法 （电火花熔化、电阻熔化、感应熔化等）制备金属间化合物往往需要高能量、真空系统，而且需要进 行对其二次加工（锻造）。利用SPS技术准备金属间化合物，因为有效利用了颗粒间的自发热作用和 表面活化作用，可实现低温、快速烧结，所以SPS技术为制备金属间化合物的一种有效方法。目前， 利用SPS技术已制备的金属间化合物体系有：Ti-Al体系、Mo-Si体系、Ni-Al体系等。
第12页/共47页
等离子放电烧结
• 放电等离子烧结的中间过程和现象十分复杂，科学家们对SPS的烧结过程建立了模型
温度分布
热流分布
非导电材料(Al2O3)SPS烧结时计算的温度分布和热流分布
第13页/共47页
等离子放电烧结
• 导电粉体与非导电粉体粉末接触点的计算温度
非导电（Al2O3）和导电（Cu）材料计算的径向温度分布
等离子放电烧结
• 等离子体放电烧结工艺
等离子体烧结设备一般组成
产生单轴向压力 的加压系统
脉冲电流发生器
电阻加热系统
第19页/共47页
等离子放电烧结
• 放电等离子烧结系统示意图
1.上电极 2.上压头 3.粉末 4.下压头 5.下电极 6.模具
第20页/共47页
等离子放电烧结
• 特点：SPS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
• 由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生，在粉末颗粒未接触部位产生的放电热，以及粉末颗粒接触部位 产生的焦耳热，都大大促进了粉末颗粒原子的扩散，其扩散系数比通常热压条件下的要大得多，从而 达到粉末烧结的快速化;
• ON- OFF快速脉冲的加入，使粉末内的放电部位及焦耳发热部件，都会快速移动，使粉末的烧结能够 均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程的一个特点。
第4页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体产生的方法:光照,燃烧,电场激发,放射线，与高温介质接 触等 • 分子 原子 电子+带电的离子
• 等离子体的电离度,假定电子,离子和中性粒子的密度分别外ne,ni及 na • ne≈ni • η=ne/(ni+na) • η<0.1%,低温等离子体 • η>1%,高温等离子体
第14页/共47页
等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术的适用范围： • 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。
第15页/共47页
等离子放电烧结
• 梯度功能材料：
• 梯度功能材料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。
第22页/共47页
等离子放电烧结
• 等离子体烧结工艺参数的控制：
• 烧结气氛：烧结气氛对样品烧结的影响很大（真空烧结情况除外），合适的气氛将有助于样品的致密 化
• 在氧气气氛下，由于氧被烧结物表面吸附或发生化学反应作用，使晶体表面形 成正离子缺位型的非化学计量化合物，正离子空位增加，同时使闭口气孔中的 氧可直接进入晶格，并沿表面进行扩散和烧结加速。当烧结由正离子扩散控制 时，氧化气氛或氧分压较高并有利于正离子空位形成，促进烧结；由负离子扩 散控制时，还原气氛或较低的氧分压将导致氧离子空位产生并促进烧结。
• 其他材料：SPS技术也已成功地应用于金属基复合材料、非晶合金、生物材料、超导材料和多孔材料 等各种新材料的制备，并获得了较为优异的性能。同时，SPS在硬质合金的烧结，多层金属粉末的同 步连接（bonding）、陶瓷粉末和金属粉末的连接以及固体-粉末-固体的连接方面也已有了广泛的应 用。
第18页/共47页
本讲总结
• 等离子体的概念及其产生 • 等离子体烧结的原理及工艺 • 等离子体电弧切割的原理及方法
第1页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体由美国物理学家郞谬尔(Irving Langmuir)首次命名,被称为物质的第四 态
• 等离子体的组分:电子,正离子,中性粒子 • 印度物理学家沙哈(M.Saha)计算:宇宙中
• 在氢气气氛下烧结样品时，由于氢原子半径很小，易于扩散并有利于闭口气孔 的消除，氧化铝等类型的材料于氢气气氛下烧结可得到接近于理论密度的烧结 体样品。
第23页/共47页
等离子放电烧结
• 烧结温度：烧结温度是等离子快速烧结过程中一个关键的参数之一
• 烧结温度的确定要考虑烧结体样品在高温下的相转变、晶粒的生长速率、样品 的质量要求以及样品的密度要求。一般情况下，随着烧结温度的升高，试样致 密度整体呈上升趋势，这说明烧结温度对样品致密度程度有明显的影响，烧结 温度越高，烧结过程中物质传输速度越快，样品越容易密实。
第8页/共47页
等离子放电烧结
• SPS等离子烧结机理示意图
第9页/共47页
等离子放电烧结
• 施加直流开关脉冲电流作用
第10页/共47页
等离子放电烧结
• 由于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被击穿，使粉末得以净化、活化；
• 可用于短时间、低温、高压（500MPa~1000MPa） • 可用于低压（20MPa~30MPa）、高温（10000C~20000C） • 致密度可以达到90%以上
第21页/共47页
等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术的工艺流程：在进行具体的试验操作时，将试样装入石墨模具中，
模具置于上下电极之间，通过油压系统加压，然后对腔体抽真空，达到要求的真空度后 通入脉冲电流。脉冲电流直接施加于导电模具和样品上，通过样品及间隙的部分电流激 活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热，同时， 通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产 生一定的密度，并随着温度的升高而增大，直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到 最大。
第25页/共47页
等离子放电烧结
• 升温速率：时间升温速率的加快，使得样品在很短的时间内达到所要求的温度，晶粒的生长时间
温度是原子、分子或离 子热运动的剧烈程度
第5页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体的表征方法
• 等离子体的密度ni或ne • 等离子体的温度
• 等离子体中的粒子碰撞问题
• 原子-原子
பைடு நூலகம்
• 弹性碰撞
• 原子电离
• 原子-电子:原子电离
• 离子-电子:中性原子
• 离子-原子:电荷转移
• 离子-离子:弹性碰撞,改变方向和速度
第7页/共47页
等离子放电烧结
• 等离子体放电烧结原理：机理尚无统一认识 • SPS的制造商Sum itom o公司的M.Tokita最早提出放电等离子烧结的观点：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
第2页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体与气体的区别 • 等离子体是导电流体而又整体上保持电中性 • 组成中带电粒子间存在库仑力 • 等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约
• 并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足 以限制其自身运动时，这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不 过是互不相关的各部分的简单加和，而不具备作为物质的第四态的典型性和特征，仍属于气态。
• 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。用通常方法烧结时所必需的传热过程在SPS过程中可以忽略不计。因此烧结时间可以 大为缩短，烧结温度也明显降低。对于制备高密度、细晶粒陶瓷，SPS是一种很有优势的烧结手段。
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等离子放电烧结
• 电子-电子
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等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术SPS（Spark Plasma Sintering ）：在粉末间直接通入脉冲电流进行加热烧结，也被 称为等离子活化烧结或等离子体辅助烧结
• 等离子体烧结发展始： • 1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理 • 1965年，脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用 • 1988年，日本研制出第一台工业型等离子体烧结装置 • 1996年，日本组织了等离子体烧结研讨会，每年召开一次 • 1998年，瑞典购进等离子体烧结系统，对碳化物、氧化物及生物陶瓷等进行较多研究工作 • 2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置，此后国内多所高校及研究所相继引进该 装置，成为材料制备的全新技术
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等离子体的基本概念
• 等离子体分类 • 高温等离子体（热等离子体）：压力大于1.33×104Pa时，气体密度大，电子撞击气体分子，能量转移， 电子温度和气体温度几乎相等 • 低温等离子体（冷等离子体）：压力小于1.33×104Pa时，气体密度小，电子撞击气体概率小，气体吸 收电子的能量少，气体温度与电子温度分离，电子温度~104K，气体温度102~103K • 气体压力越小，电子和气体的温差就越大
• 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。
• 电磁材料：采用 SPS 技术还可以制作SiGe，Pb Te，BiTe，Fe Si，C oSb 3等体系的热电转化元件，以 及广泛用于电子领域的各种功能材料，如超导材料、磁性材料、靶材、介电材料、贮氢材料、形状记 忆材料、固体电池材料、光学材料等。
第11页/共47页
等离子放电烧结
• 特点： • 非导电粉中难以有电流通过，因此SPS难以对非导电粉体的进行烧结 • SPS过程中，颗粒之间放电时，会瞬时产生高达几千度至上万度的局部高温，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 却而使蒸汽压低于其他部位。 • 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。SPS过程可以看作是颗粒放电、导电加热 和加压综合作用的结果。
• 但是，温度越高，晶粒的生长速率就越快，其力学性能就越差。而温度太低， 样品的致密度就很低，质量达不到要求。温度与晶粒大小之间的矛盾在温度的 选择上要求一个合适的参数。
第24页/共47页
等离子放电烧结
• 保温时间：延长烧结温度下的保温时间，一般都会不同程度地促进烧结完成，完善样品的显微结
构，这对粘性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理的烧结影响较小。在烧结过程 中，一般保温仅1分钟时，样品的密度就达到理论密度的96.5%以上，随着保温时间的延长，样品的致 密度增大，但是变化范围不是很大，说明保温时间对样品的致密度虽然有一定的影响，但是作用效果 不是很明显。但不合理地延长烧结温度下的保温时间，晶粒在此时间内急剧长大，加剧二次重结晶作 用，不利于样品的性能要求，而时间太短会引起样品的致密化下降，因此需要选择合适的保温时间。
第16页/共47页
等离子放电烧结
• 金属间化合物：金属间化合物具有常温脆性和高熔点，因此制备或生产需要特殊的过程。利用熔化法 （电火花熔化、电阻熔化、感应熔化等）制备金属间化合物往往需要高能量、真空系统，而且需要进 行对其二次加工（锻造）。利用SPS技术准备金属间化合物，因为有效利用了颗粒间的自发热作用和 表面活化作用，可实现低温、快速烧结，所以SPS技术为制备金属间化合物的一种有效方法。目前， 利用SPS技术已制备的金属间化合物体系有：Ti-Al体系、Mo-Si体系、Ni-Al体系等。
第12页/共47页
等离子放电烧结
• 放电等离子烧结的中间过程和现象十分复杂，科学家们对SPS的烧结过程建立了模型
温度分布
热流分布
非导电材料(Al2O3)SPS烧结时计算的温度分布和热流分布
第13页/共47页
等离子放电烧结
• 导电粉体与非导电粉体粉末接触点的计算温度
非导电（Al2O3）和导电（Cu）材料计算的径向温度分布
等离子放电烧结
• 等离子体放电烧结工艺
等离子体烧结设备一般组成
产生单轴向压力 的加压系统
脉冲电流发生器
电阻加热系统
第19页/共47页
等离子放电烧结
• 放电等离子烧结系统示意图
1.上电极 2.上压头 3.粉末 4.下压头 5.下电极 6.模具
第20页/共47页
等离子放电烧结
• 特点：SPS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
• 由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生，在粉末颗粒未接触部位产生的放电热，以及粉末颗粒接触部位 产生的焦耳热，都大大促进了粉末颗粒原子的扩散，其扩散系数比通常热压条件下的要大得多，从而 达到粉末烧结的快速化;
• ON- OFF快速脉冲的加入，使粉末内的放电部位及焦耳发热部件，都会快速移动，使粉末的烧结能够 均匀化。使脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程的一个特点。
第4页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体产生的方法:光照,燃烧,电场激发,放射线，与高温介质接 触等 • 分子 原子 电子+带电的离子
• 等离子体的电离度,假定电子,离子和中性粒子的密度分别外ne,ni及 na • ne≈ni • η=ne/(ni+na) • η<0.1%,低温等离子体 • η>1%,高温等离子体
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等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术的适用范围： • 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。
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等离子放电烧结
• 梯度功能材料：
• 梯度功能材料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。
第22页/共47页
等离子放电烧结
• 等离子体烧结工艺参数的控制：
• 烧结气氛：烧结气氛对样品烧结的影响很大（真空烧结情况除外），合适的气氛将有助于样品的致密 化
• 在氧气气氛下，由于氧被烧结物表面吸附或发生化学反应作用，使晶体表面形 成正离子缺位型的非化学计量化合物，正离子空位增加，同时使闭口气孔中的 氧可直接进入晶格，并沿表面进行扩散和烧结加速。当烧结由正离子扩散控制 时，氧化气氛或氧分压较高并有利于正离子空位形成，促进烧结；由负离子扩 散控制时，还原气氛或较低的氧分压将导致氧离子空位产生并促进烧结。
• 其他材料：SPS技术也已成功地应用于金属基复合材料、非晶合金、生物材料、超导材料和多孔材料 等各种新材料的制备，并获得了较为优异的性能。同时，SPS在硬质合金的烧结，多层金属粉末的同 步连接（bonding）、陶瓷粉末和金属粉末的连接以及固体-粉末-固体的连接方面也已有了广泛的应 用。
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本讲总结
• 等离子体的概念及其产生 • 等离子体烧结的原理及工艺 • 等离子体电弧切割的原理及方法
第1页/共47页
等离子体的基本概念
• 等离子体由美国物理学家郞谬尔(Irving Langmuir)首次命名,被称为物质的第四 态
• 等离子体的组分:电子,正离子,中性粒子 • 印度物理学家沙哈(M.Saha)计算:宇宙中
• 在氢气气氛下烧结样品时，由于氢原子半径很小，易于扩散并有利于闭口气孔 的消除，氧化铝等类型的材料于氢气气氛下烧结可得到接近于理论密度的烧结 体样品。
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等离子放电烧结
• 烧结温度：烧结温度是等离子快速烧结过程中一个关键的参数之一
• 烧结温度的确定要考虑烧结体样品在高温下的相转变、晶粒的生长速率、样品 的质量要求以及样品的密度要求。一般情况下，随着烧结温度的升高，试样致 密度整体呈上升趋势，这说明烧结温度对样品致密度程度有明显的影响，烧结 温度越高，烧结过程中物质传输速度越快，样品越容易密实。
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等离子放电烧结
• SPS等离子烧结机理示意图
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等离子放电烧结
• 施加直流开关脉冲电流作用
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等离子放电烧结
• 由于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被击穿，使粉末得以净化、活化；
• 可用于短时间、低温、高压（500MPa~1000MPa） • 可用于低压（20MPa~30MPa）、高温（10000C~20000C） • 致密度可以达到90%以上
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等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术的工艺流程：在进行具体的试验操作时，将试样装入石墨模具中，
模具置于上下电极之间，通过油压系统加压，然后对腔体抽真空，达到要求的真空度后 通入脉冲电流。脉冲电流直接施加于导电模具和样品上，通过样品及间隙的部分电流激 活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热，同时， 通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产 生一定的密度，并随着温度的升高而增大，直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到 最大。
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等离子放电烧结
• 升温速率：时间升温速率的加快，使得样品在很短的时间内达到所要求的温度，晶粒的生长时间
温度是原子、分子或离 子热运动的剧烈程度
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等离子体的基本概念
• 等离子体的表征方法
• 等离子体的密度ni或ne • 等离子体的温度
• 等离子体中的粒子碰撞问题
• 原子-原子
பைடு நூலகம்
• 弹性碰撞
• 原子电离
• 原子-电子:原子电离
• 离子-电子:中性原子
• 离子-原子:电荷转移
• 离子-离子:弹性碰撞,改变方向和速度
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等离子放电烧结
• 等离子体放电烧结原理：机理尚无统一认识 • SPS的制造商Sum itom o公司的M.Tokita最早提出放电等离子烧结的观点：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