放电等离子烧结的发展和应用_张久兴
特种粉末冶金及复合材料制备加工第五届学术会议在安徽合肥隆重召开
第2期郭彦青等：2A I2铝合金粉末与T C4钛合金热等静压粉-固扩散连接• 73 •在进一步促进了 CU的扩散。
在扩散层靠近钛合金的一侧，并未检测出具体的化合物。
(3)利用CU作为中间层的扩散连接接头中间区域相比直接扩散连接的中间区域，硬度较低，为120HV,其剪切强度相比铝合金粉末和钛合金固体的直接扩散连接增加了 64%,达到了 23 MPa。
参考文献：[1] Leyens C, Peters M. Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications[M]. Weinheim： Wiley-VCH, 2005.[2]Heinz A, Haszler A, Keidel C, et al. Recent development in aluminium alloys for aerospace applications[J]. Materials Scienceand Engineering(A), 2000, 280(1): 102.[3] WEI Y, LI J, XIONG J, et al. Joining aluminum to titanium alloy by friction stir lap welding with cutting pin[J]. MaterialsCharacterization, 2012,71(5): 1.[4] LI Y, LIU P, WANG J, et al. XRD and SEM analysis near thediffusion bonding interface of Mg/AI dissimilar materials[J].Vacuum, 2007, 82(1): 15.[5] REN J, LI Y, FENG T. Microstructure characteristics in the interface zone of Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Letters,2002, 56(5): 647.[6]Jiangwei R, Yajiang L. Tao F. Microstructure characteristics inthe interface zone of Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Letters, 2002, 56(5): 647.[7] W Y, A P W, G S Z, et al. Formation process of the bondingjoint in Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Science and Engi-neering(A), 2008, 480(1/2): 456.[8] Prescott R, Graham M J. The formation of aluminum oxidescales on high- temperature alloys[J]. Oxidation of Metals,1992,38(3/4): 233.[9] Cook G O, Sorensen C D. Overview of transient liquid phaseand partial transient liquid phase bonding[J]. Journal of Materials Science, 2011, 46( 16): 5305.[10] Kenevisi M S, Mousavi Khoie S M. An investigation on microstructure and mechanical properties of A17075 to Ti - 6A1 - 4Vtransient liquid phase (TLP) bonded joint[J]. Materials & Design, 2012(38): 19.[11] Alhazaa A, Khan T I, Haq I. Transient liquid phase (TLP) bonding of A17075 to Ti-6A1-4V alloy[J]. Materials Characterization, 2010, 61(3): 312.[12]郎利辉，王刚，布国亮，等.钛合金粉末热等静压数值模拟及性能研究[J].粉末冶金工业,2015, 25(3): 1.[13]喻思，郎利辉，王刚，等.热等静压成形2A12铝合金粉末的数值模拟研究[J].粉末冶金工业,2016, 26(2): 17.[14]喻思，郎利辉，王刚，等.2A12铝合金粉末热等静压成形的性能研究[J].粉末冶金工业，2015, 25(5): 42.[15]郎利辉，王刚，布国亮，等.热等静压工艺参数对2A12粉末铝合金性能的影响研究粉末冶金工业，2014, 24(5): 19.[16] Geng J, Oelhafen P. Photoelectron spectroscopy study of Al-Cuinterfaces[J], Surface Science, 2000,452(1 )： 161.•行业劲特种粉末冶金及复合材料制备/加工第五届学术会议在安徽合肥隆重召开2020年12月24-26日，“特种粉末冶金及复合材料制备/加工第五届学术会议”在安徽省合肥市世纪金源 大饭店召开。
放电等离子烧结技术及其在陶瓷制备中的应用
放电等离子烧结技术及其在陶瓷制备中的应用3白玲,赵兴宇,沈卫平,葛昌纯(北京科技大学材料科学与工程学院特种陶瓷粉末冶金研究中心,北京100083摘要综述了放电等离子烧结(SPS 技术在国内外的发展概况,简单介绍了SPS 系统的基本配置,深入探讨了SPS 的烧结机理及其技术特点,着重介绍了SPS 技术在制备高致密度、细晶粒陶瓷等方面的应用,并对燃烧合成氮化硅粉体进行了放电等离子烧结的试验研究,得到了机械性能优于热压烧结的氮化硅陶瓷。
结果证明放电等离子烧结在陶瓷的快速致密化中显示出了极大的优势,是一项有重要使用价值和广泛前景的新技术。
关键词放电等离子烧结机理应用Spark Plasma Sintering T echnology and Its Application in Preparing CeramicsBA I Ling ,ZHAO Xingyu ,S H EN Weiping ,GE Changchun(Laboratory of Special Ceramics and Powder Metallurgy ,School of Material Science and Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083Abstract The development of spark plasma sintering (SPS is reviewed.The configuration of the SPS sys 2tem is introduced.The principles and features of the SPS process are deeply discussed ,and some applications of the SPS process ,particularly in the high 2density fine 2grain ceramics are described.Moreover ,the spark plasma sintering process of β2Si 3N 4powder prepared by SHS is pared with those by hot pressing ,themechanical properties of Si 3N 4ceramics prepared by SPS are better.The results show that the spark plasma sintering technology has the great advantage of fast densification of ceramics.Moreover ,it is a new technology that has the important appli 2cation value and extensive foreground.K ey w ords spark plasma sintering ,principle ,application0引言放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering ,SPS ,又称等离子活化烧结(Plasma Activated Sintering ,PAS 或等离子辅助烧结(Plasma Assisted Sintering ,PAS [1,2],是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。
放电等离子烧结技术制备Sm_2Fe_(17)N_x烧结磁体的研究
放电等离子烧结技术制备Sm_2Fe_(17)N_x烧结磁体的研究张东涛;岳明;张久兴
【期刊名称】《粉末冶金技术》
【年(卷),期】2007(25)3
【摘要】采用放电等离子烧结技术制备了Sm2Fe17Nx烧结磁体,考查了压力、烧结温度和升温速率对烧结磁体性能的影响。
结果表明:随压力的增加,磁体的致密度显著提高,但Sm2Fe17Nx分解成SmN、α-Fe和N2的程度加剧,造成磁体的矫顽力明显下降,在1GPa的高压下烧结时,超过200℃后磁体的矫顽力就下降很快,说明高压促进了Sm2Fe17Nx的低温分解;采用升温速率为450℃/min的快速烧结工艺,发现未能有效地抑制Sm2Fe17Nx的分解。
【总页数】5页(P213-216)
【关键词】放电等离子烧结;Sm2Fe17Nx;磁体;高压烧结
【作者】张东涛;岳明;张久兴
【作者单位】北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ133
【相关文献】
1.放电等离子烧结制备高性能热变形Nd-Fe-B磁体 [J], 马毅龙;李军;陈登明;孙建春
2.放电等离子烧结制备高性能热变形Nd—Fe—B磁体 [J], 马毅龙;李军;陈登明;孙
建春
3.放电等离子烧结制备块状纳米晶SmCo5烧结磁体 [J], 许刚;潘利军;李杨超;张东涛;岳明;张久兴
4.各向同性Sm_2Fe_(17)N_x磁粉及其粘结磁体的制备 [J], 叶金文;刘颖;张然;陈梅;朱国丽;高升吉;涂铭旌
5.放电等离子高压烧结Sm_2Fe_(17)N_x磁体的磁性能和微结构 [J], 张东涛;岳明;姬永城;张久兴
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放电等离子体烧结技术
1 放电等离子体烧结的工艺 1.1放电等离子体烧结的设备
一般放电等离子体烧结设备主要由三部分组成
产生单轴向压 力的装置和烧 结模具，压力 装置可根据烧 结材料的不同 施加不同的压 力；
脉冲电流发生 器，用来产生 等离子体对材 料进行活化处 理
电阻加热设备
材料合成与制备
SPS装置的结构示意图
图1 为其装置简图。图2 为SPS 的电压、电流及外加压力与烧结 时间的关系曲线。其电流曲线主要由三段组成: (1) 脉冲大电流; (2) 稳态小电流; (3) 停止放电间隙。在稳态电流阶段, 仅施加很小 的压力; 放电间隙阶段施加大压力。
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。
材料合成与制备
1.3 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。
材料合成与制备
烧结温度 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。
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。
业株式会社生产，SPS-1050）。
材料合成与制备
等离子体烧结技术的概念
等离子体 等离子体是宇宙中物质存在的一种状态，是除固、
放电等离子烧结技术制备致密高温陶瓷材料
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第二十组
张 阳 红（Reporter）
任 佳
于建华 张 媛
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Structure 放电等离子烧结（SPS）的原理 SPS的技术特点和应用概述 SPS的应用举例
超高温结构陶瓷 高居里点铁电多晶陶瓷
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SPS的技术特点
集粉末成形和烧结于一体，不需要预先成形，也不需要任 何添加剂和粘结剂 主要是利用外加脉冲强电流形成的电场清除粉末颗粒表面 氧化物和吸附的气体，净化材料，活化粉末表面，提高粉 末表面的扩散能力 较低机械压力下利用强电流短时加热粉体进行烧结致密化 有关研究表明，该技术由于场活化等作用在较大程度上降 低了粉体的烧结温度，缩短了烧结时间，并充分利用了粉 末自身发热的作用，热效率极高，加热均匀，可通过一次 成形获得高精度、均质、致密、含氧量低和晶粒组织细小 的零件
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SPS的应用（2）：烧结高温铁电陶瓷
性能与结构的关系
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总结
通过以上两个应用实例我们可以看出： 放电等离子烧结技术相对于传统的烧结方法，它的优点在于
源消耗 1.1缩短生产周期、降低能 1.2防止氧化、减少杂质 1.消耗时间少1.3抑制异常晶粒长大 1.4阻止扩散，可以用来烧 结梯度材料 1.5 、取向性明显 2.材料性能好：致密度大
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SPS的应用（1）：烧结超高温陶瓷
烧结条件：
International Journal of Applied Ceramic Technology Vol. 3, No. 1, 2006
放电等离子烧结（SPS）制备DyB6多晶块体材料
放电等离子烧结（SPS）制备DyB6多晶块体材料魏永峰;张久兴;包黎红;周身林;张宁【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)011【摘要】以微米硼粉和采用氢直流电弧法制备出Dx纳米粉末为原料,利用放电等离子烧结（SPS）技术制备了DyB6多晶块体材料,并分析了烧结温度对样品微观结构及性能的影响。
实验结果表明当烧结压力为60MPa,烧结温度为1275℃时,可得到单相DyB6。
烧结工艺为1425℃,60MPa所制备样品的密度、维氏硬度和抗弯强度分别为5.191g/cm3、23.32GPa和112.8MPa,当阴极温度为1933K时的发射电流密度为3.6A/cm2。
【总页数】4页(P1969-1971,1976)【作者】魏永峰;张久兴;包黎红;周身林;张宁【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.SPS制备亚微米多晶LaB6块体的EBSD研究 [J], 周身林;刘丹敏;张久兴2.放电等离子体烧结(SPS)制备多晶La0.4Pr0.6B6块体及其发射性能研究 [J], 马汝广;刘丹敏;周身林;张久兴3.机械活化-放电等离子烧结制备Ti_3AlC_2块体材料 [J], 刘可心;金松哲;杨晨4.放电等离子烧结法制备以升华性材料为造孔剂的人体植入骨替代多孔镁块体材料[J], 冯威;陈雨;邓佩欣;朱晓东;孔清泉;付朝坤;涂佩佩5.放电等离子烧结原位制备LaB_6多晶纳米块体阴极材料 [J], 周身林;刘丹敏;张久兴;金帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
放电等离子固相烧结制备高密度LaB6阴极性能
功 函 数 为 ２ ４ Ｖ。Ｓ Ｓ制备 法显 著 降低 了 Ｌ Ｂ 的 烧 结 温 度 ， 短 了烧 结 时 问 。 ． ０ｅ Ｐ ａ。 缩
放 电等 离子 固相 烧 结 制备 高密 度 Ｌ Ｂ ａ ６阴极 性 能
周身林， 张久兴， 刘丹敏
（ 京 工 业 大 学 材 料 学 院 新 型 功 能 材 料 教 育部 重 点 实 验 室 。 京 １ ０ ２ ） 北 北 ０ １ ４
摘
要 ： 采 用 放 电等 离 子 烧 结 （ Ｐ ） 术 ， Ｓ Ｓ技 以碳 化 硼 还 原 法 制 备 的 Ｌ Ｂ 粉 末 为 原 料 ， 备 了高 致 密 Ｌ Ｂ ａ。 制 ａｅ
第 ２ ２卷第 １期
２１ ０ ０年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ Ｓ Ｇ ＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ１ ２ ． ２，Ｎｏ １ ．
Ｊ ｎ ，２ １ ａ． ００
文 章 编 号 ： １ ０ ～ ３ ２ ２ １ ） １０ ７ 一 ５ ０ １４ ２ （ ０ ０ ０ － １ １Ｏ
４ ０
ｈ ｌｉｇ ｏｄｎ ｔ ／ ｉ ｉ ｍｅ ｒ ｎ ａ
５
ｓ ｅｉ ｎ ｔｍｐ ｒ ｔｒ／ ｐ ｃｍｅ ｅ ｅａ ｕｅ ｎ ｍｂ ｒ ｕ ｅ
９ Βιβλιοθήκη ｐ ｅ ｓ ｒ／ ｒｓ ｕｅ ＭＰ ａ
４０
ｈ ｌｉｇ ｏｄｎ ｔｍｅ ｍｉ ｉ ／ ｎ
１ ０
℃
放电等离子烧结技术的发展和应用
放电等离子烧结技术的发展和应用放电等离子烧结技术是一种先进的粉末冶金加工技术，已经在多个领域得到广泛应用。
该技术利用高能电子束通过等离子激发粉末颗粒，使其迅速熔化并相互凝结成块状材料。
以下将对其发展历程和应用进行叙述。
放电等离子烧结技术最早出现在20世纪60年代，起初用于制备高纯度金属材料。
随着计算机技术的发展和先进的机械设备的应用，该技术逐渐被引入到其他领域。
在20世纪80年代，放电等离子烧结技术得到了快速发展，相关装备的性能和稳定性得到了大幅提升。
放电等离子烧结技术的应用非常广泛。
首先，它在粉末冶金领域的应用非常成功。
通过控制放电参数和材料组分，可以获得粉末冶金材料的高密度、均匀性和良好的力学性能。
这种材料广泛应用于汽车、航空航天和船舶等领域的零部件制造。
其次，放电等离子烧结技术在纳米材料制备方面表现出了巨大的潜力。
通过精确控制放电参数和材料组分，可以制备出尺寸均一、结晶度高的纳米材料。
这些纳米材料具有独特的物理和化学性质，广泛应用于电子器件、生物传感器和催化剂等领域。
此外，放电等离子烧结技术在材料修复和再制造领域也有重要的应用。
例如，通过控制放电过程中的温度和压力，可以在材料表面修复裂纹和划痕。
此外，该技术还可以用于金属材料的再制造，将废旧材料和废品转化为可用的新材料。
尽管放电等离子烧结技术有许多优点，但也存在一些挑战。
首先，该技术在大规模生产上仍面临困难，因为设备成本高昂。
其次，放电过程中产生的高温和高压环境对设备的稳定性和耐用性要求较高。
总的来说，放电等离子烧结技术的发展和应用为材料制备和加工领域带来了巨大的潜力。
随着相关技术的进一步改进和成熟，相信这一技术将能够在更多领域发挥重要作用，为社会经济的发展做出重要贡献。
放电等离子烧结技术是一种基于等离子态物理过程的先进加工技术，具有高速、高能量和高密度等优点，被广泛应用于粉末冶金、纳米材料制备、材料修复和再制造等领域。
随着科学技术的不断进步和人们对高性能材料需求的增加，放电等离子烧结技术也在不断发展和创新。
放电等离子烧结制备Al_Zn_Mg_Cu纳米晶合金的组织
原子的快速扩散通道 ,因而第二相会迅速从固溶体 中析出[6 ] (如图 1 (b) 所示) .
图 1 Al - Zn- Mg - Cu 合金低温球磨粉末 、块体的 XRD 图
Fig. 1 XRD patterns for the nanocrystalline Al - Zn - Mg - Cu alloy : ( a) as2cryomilled; ( b) as2consolidated
图 2 可以看出低温球磨和放电等离子烧结 Al - Zn - 线. 在烧结初始阶段 ,由于温度很低 ,电流很小 ,压
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7000 系铝合金强度高 、热加工性能好 ,是航空 航天领域重要的结构材料. 近年来通过优化合金成 分 ,采用粉末冶金和喷射成形等新工艺以及新的热 处理 工 艺, 使 该 系 合 金 的 抗 拉 强 度 达 到 800 M Pa[12- 14 ] . 进一步细化该系合金的晶粒尺寸至 纳米量级 ,其力学性能和微观组织是一个值得关注 的问题 ,但国内外还没有运用低温球磨技术制备时 效强化型 7000 系铝合金的报道. 为了避免常规热 压法制备块体纳米金属材料过程中晶粒的迅速长 大 ,本文采 用 低 温 球 磨 + 放 电 等 离 子 烧 结 ( spark plasma sintering ,简称 SPS) 技术[15 ]制备块体纳米晶 7000 系铝合金 ,并研究其微观组织演变过程.
the lattice strain via XRD analysis
212 放电等离子烧结过程中 Al - Zn - Mg - Cu 合金 微观组织的演变 在放电等离子烧结过程中 ,压头的位移变化率
《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》范文
《放电等离子烧结制备MAX-cBN复合材料》篇一一、引言随着科技的发展，新型复合材料在众多领域展现出独特的优势和潜力，尤其是在制造工业中，对材料的高效性能和高精度的需求不断提高。
本文介绍了一种通过放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）技术制备MAX-cBN（Max相与立方氮化硼）复合材料的方法。
该技术以其独特的优势，如快速烧结、高致密度、低能耗等，在制备高性能复合材料中展现出广阔的应用前景。
二、放电等离子烧结技术概述放电等离子烧结技术是一种利用脉冲电流产生的热量来加热和烧结材料的工艺。
其原理是利用等离子放电的瞬间高温，实现材料的高效、快速烧结。
SPS技术的主要特点包括：1. 烧结速度快：能够在短时间内完成烧结过程，降低能耗。
2. 致密度高：可以获得高致密度的烧结体，提高材料的性能。
3. 适用范围广：适用于各种材料体系，包括金属、陶瓷、复合材料等。
三、MAX-cBN复合材料的制备MAX-cBN复合材料由MAX相和立方氮化硼（cBN）组成，具有优异的力学性能和高温稳定性。
本实验通过放电等离子烧结技术制备MAX-cBN复合材料的过程如下：1. 材料选择与预处理：选择合适的MAX相和cBN粉末作为原料，并进行预处理，如干燥、研磨等。
2. 混合与成型：将预处理后的原料进行混合，并采用模具进行成型。
3. 放电等离子烧结：将成型后的材料置于SPS设备中，设定适当的温度、压力和时间参数进行烧结。
4. 后处理：烧结完成后，进行冷却和清洗等后处理操作。
四、结果与讨论通过放电等离子烧结技术制备的MAX-cBN复合材料具有以下特点：1. 高致密度：烧结体具有较高的致密度，孔隙率低。
2. 优异性能：由于MAX相和cBN的优良性能，使得复合材料具有优异的力学性能和高温稳定性。
3. 广泛的应用前景：MAX-cBN复合材料在机械、电子、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
在实验过程中，我们发现在适当的温度、压力和时间参数下，能够获得最佳的烧结效果。
放电等离子体烧结
放电等离子体烧结
放电等离子体烧结是一种新兴的材料加工技术，通过高温等离子体的作用，可以将粉末材料烧结成坚固的材料。
这种技术具有高效、环保、节能等优点，被广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等领域。
放电等离子体烧结的原理是利用放电等离子体在高温下的高能量状态，使粉末颗粒表面迅速熔化并结合成致密的材料。
在这个过程中，放电等离子体不仅提供了高温和高压的条件，还能够激发粉末颗粒之间的化学反应，加速烧结速度，提高材料的密度和强度。
放电等离子体烧结技术的优势在于可以实现快速烧结、高密度、高强度和高温稳定性的材料制备。
与传统烧结方法相比，放电等离子体烧结可以大大缩短烧结时间，降低能耗，减少材料损耗，提高生产效率和材料质量。
在金属材料加工领域，放电等离子体烧结技术被广泛应用于制备高性能的工具钢、不锈钢、合金等材料。
通过这种技术，可以实现金属材料的高密度、高强度、高硬度和高耐磨性，满足各种工业领域对材料性能的要求。
在陶瓷材料加工领域，放电等离子体烧结技术也有着重要的应用。
通过这种技术，可以制备高密度、高强度、高耐磨性和高抗压性的陶瓷材料，广泛应用于电子、光学、航空航天等领域。
在复合材料领域，放电等离子体烧结技术的应用也日益广泛。
通过
这种技术，可以实现复合材料的高密度、高强度、高硬度和高耐磨性，满足汽车、航空航天、船舶等领域对复合材料性能的要求。
总的来说，放电等离子体烧结技术是一种高效、环保、节能的材料加工技术，具有广阔的应用前景。
随着材料科学技术的不断发展，相信放电等离子体烧结技术将在各个领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出贡献。
放电等离子烧结技术的发展和应用
理， 但是 直 到 １ ６ ９ ５年 ， 冲 电流烧 结 技 术才 在 美 、 脉 日
等 国得 到 应 用 。 日本 获得 了 Ｓ Ｓ技 术 的 专利 ， 当 Ｐ 但 时未 能 解决 该 技 术存 在 的 生 产效 率 低 等 问题 ，因此
张 久 兴 刘 科 高 周 美 玲
１０ ２ ） ０ ０ ２ （ 京工 业大学新 型功能材料 教育部重点 实验室 ， 京 北 北
摘
要 ： 放 电 等 离 子 烧 结 （ Ｐ ） 一 种 快 速 、 温 、 能 、 保 的材 料 制 备 新 技 术 。 本 文 综 述 了 Ｓ Ｓ在 国 内 ｓｓ是 低 节 环 Ｐ
ｐｌｃ ｔｏｎ ｏｆｓ ｒ ａ ｍ ａ ｓｎ ｅ ｎｇ ｉ ｅ ｉ ｗｅ ｎｄ ｉｓ ｐ ｎ ｉ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓｉｓａ ｏ ｐｅ ｔｉ ａｔｒａｓ． ｉｎｃ ｎｄ ｉａ ｉ ｐａ ｋ ｐｌｓ ｉ ｔ ｒ ｓｒ ｖ ｅ ｄ ａ ｔ ｒ ｃｐｌ， ｈａ ａ ｔｒ ｔｃ ｎｄ ｐｒ ｓ ｃ ｎ ｍ ｅ ｌ ｓ ｅ ｅａ ｉ ｉ ｉ ｉ ｃ
１８ ９ ８年 日本研 制 出第一 台工业 型 Ｓ Ｓ装置 ， Ｐ 并 在 新材 料研 究领 域 内推 广 应 用 。 １ ９ ９ ０年 以后 ，日本 推 出 了可 用于 工 业 生产 的 Ｓ Ｓ第三 代 产 品 ， 有 １ Ｐ 具 ０
～
构 可控 、 能 环 保 等 鲜 明特 点 ， 用 来 制 备 金 属 材 节 可
备 了 Ｓ Ｓ烧 结 系统 ， 利 用 Ｓ Ｓ进 行 新 材 料 的研 究 Ｐ 并 Ｐ
２ 国 内 外 Ｓ Ｓ的 发 展 与 应 用 状 况 Ｐ
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。
放电等离子烧结Fe3B／(Pr,Tb)2Fe14B块体纳米晶双相复合永磁体的性能
平 均
中图法分类号：Ｔ ３ ．； Ｍ２ ３ Ｇ １２２ Ｔ ７
文献标识码 ：Ａ
‘ 文章编号：１０ ．８Ｘ（０ ７０ ．４ ７０ ０ ２１５ ２ ０ ）３０ ９ ．３
Ｃ ｍｐ ｃ ｏ ，ＰａｍａＰｅｓｒ ｏ ｓ ｌ ａ ｏ ［ ｏ ａｔ ｎ Ｊ ｌｓ ｒｓｕｅＣ ｎｏｉ ｔ ｎ ｉ ｄ ｉ 、非 晶
样 品的 晶化 处理 【 以及 其他 热压 方法 【 来制 备块状 纳 ，
米 晶复合磁 体 。但 上述 方法很 难使 磁体 在获得 高 致密 度 的 同时 ，保 证样 品 晶粒在 纳米 晶范 围 内。 放 电 等 离 子 烧 结 技 术 （ｐ ｒ ｌｓ Ｓｎｅｉｇ Ｓ ａｋ Ｐａｍａ ｉｔ ｎ ｒ ｍｅｈ ｄ ｔｏ ，简称 Ｓ Ｓ技术 ）０ 为一种 新型烧 结 技术 ， Ｐ ［】 】作 可 以实现 低温 快速烧 结 ，既 能有 效抑制 晶粒 长大 ，又 能
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第 ３ 卷 ６
２０ ｏ ７年
第３ 期
３月
稀有金属材料 与工程
ＲＡＲ Ｍ Ｅ ＡＬ ＭＡＴ Ｒ ＡＬＳＡＮＤ ＮＧＩ Ｅ ＮＧ Ｅ Ｔ Ｅ Ｉ Ｅ ＮＥ ＲＩ
Ｖｏ ．６， ｏ３ １３ Ｎ ．
Ｍ ａｃ ０ ７ ｒｈ２ ０
放 电等 离子烧 结 Ｆ ３ ／ ｒ ｂ２ｅ４ ｅＢ（ ， ） １ Ｐ Ｔ Ｆ Ｂ块体 纳 米 晶双相 复合 永磁体 的性 能
牛培 利 ，岳 明 ，张久 兴 ，张 东涛
（ 京工 业 大 学 新 型 功 能材 料 教 育 部 重 点 实验 室 ，北 京 １０ ２ ） 北 ０ ０ ２
放电等离子固相烧结制备高密度LaB_6阴极性能
放电等离子固相烧结制备高密度LaB_6阴极性能周身林;张久兴;刘丹敏【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2010(022)001【摘要】采用放电等离子烧结(SPS)技术,以碳化硼还原法制备的LaB_6粉末为原料,制备了高致密LaB_6多晶块体阴极,并系统研究了烧结温度、压力对LaB_6烧结样品的物相、结构和性能的影响.确定了SPS烧结LaB_6的最佳工艺为:压力50 MPa,烧结温度1 650 ℃,保温时间10 min.实验结果表明:与其它LaB_6多晶制备方法相比,SPS制备得到的LaB_6烧结块体的力学及发射性能均有大幅提高,样品相对密度达到96.2%,维氏硬度达到1 720 kg/mm~2,抗弯强度达到203.2 MPa.样品在1 520 ℃温度下发射电流密度达到17.41 A/cm~2,功函数为2.40 eV.SPS制备法显著降低了LaB_6的烧结温度,缩短了烧结时间.【总页数】5页(P171-175)【作者】周身林;张久兴;刘丹敏【作者单位】北京工业大学,材料学院新型功能材料教育部重点实验室,北京,100124;北京工业大学,材料学院新型功能材料教育部重点实验室,北京,100124;北京工业大学,材料学院新型功能材料教育部重点实验室,北京,100124【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.放电等离子反应液相烧结制备CeB6阴极与性能研究 [J], 周身林;张久兴;刘丹敏;包黎红2.微波固相烧结制备La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-δ)阴极材料及性能表征 [J], 高文元;孙俊才;于洪浩3.放电等离子烧结制备亚微米LaB_6块体材料 [J], 金帅;刘丹敏;周身林;张久兴4.利用液相阴极辉光放电等离子体制备片状纳米β氢氧化钴的方法 [J],5.放电等离子烧结原位制备LaB_6多晶纳米块体阴极材料 [J], 周身林;刘丹敏;张久兴;金帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
放电等离子烧结技术进展
4、放电等离子烧结技术的展望
（1）.SPS设备需要优化 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。 需要发展全自动化的 SPS 生产系统 ,以满足
究所、清华大学、北京工业大学。
• 随后燕山大学、武汉大学、四川大学、哈尔滨工业大学、北京
科技大学、华南理工大学、昆明理工大学等高校及科研机构也 相继引进了SPS装置，在梯度功能材料、复合材料、靶材等领 域开展相关的科学研究。（注：进口SPS设备只用作科研是免 关税的。）
5
SPS设备实物图
最高脉冲电流： 5000A
SPS方法制备的四元 Ag-Bi-Se-Te 合金的 Seebeck 系数绝对值(|α|) 为1.80×10-4V·K-1；ZT值为0.75。 SPS方法提高了材料的热电转换性能。 此外，SPS技术也已成功地应用于贵金属靶材，如Au 靶，Ru靶等，用于贵金属基复合材料、含贵金属牙科 陶瓷材料以及超导材料、多孔材料等新材料的制备。
放电等离子烧结工艺参数的控制
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。
升温速率 随着升温速率的加快，使得样品在很短的时间内达到所要求的温
度，晶粒的生长时间会大大减少，这不仅有利于抑制晶粒的长大， 得到大小均匀的细晶粒陶瓷，还能节约时间、节约能源以及提高烧 结设备的利用率。但是，由于设备本身的限制，升温速率过快对设 备会造成破坏性影响。因此在可允许的范围内尽可能的加快升温速 率。但是，在实测的实验数据中反映到：随着升温速率的增大，样 品致密度表现出逐渐下降的趋势。
放电等离子烧结制备块状纳米晶SmCo5烧结磁体
５
门
．
９ ０ 左 右 作 热 处 理 ， 即 接 着 还 需 急 冷 以 防 产 生 ０℃ Ｓ ｏ－ Ｓ Ｃ ７ ｍ２ ｏ７ 降低矫 顽 力 】 ｍＣ ｓ－ ｍ２ ｏ ＋Ｓ Ｃ １ － ＊ 而 。因 此 ， 目
吾
前制各工 艺简单 ，经 济实用 的块状 纳米 晶Ｓ ｏ烧 结磁 ｍＣ
文 章编号 ： １０ —７ １ ０ ７增 刊．９ ９０ ０ １ ３（ ０ ） ９ ２ ０ ６ ．３
１ 引 言
Ｓ ｏ 合金 是 目前 异性 场 （ １ ４ Ｊ 约３ ． ＭＡ ｍ）的 材料 ，其饱 和磁 化 强度 ８ 高 达 Ｉｋ ｓ， 理 论 最 大 磁 能 积 （ 一 为 ＩＧ ２ ６ ． Ａ ｍ，以及 高 的居 里 温 度 Ｔ 。Ｓ Ｃ ｓ ４ ７６ ＭＧ ／ ｏ ｍ ｏ 结构 为 ＣＣ５ ａ ｕ结构［ｚ 由于Ｓ ｏ磁 体是单相 型磁体 ，其矫顽 １ｌ ，。 ｍＣ ５ 力机制在传统 条件下被 认为是形核机 制 。 烧结磁 体 的矫 顽 力取决于材料 内反 向畴形成 难 易度 ， 而形成 反 向畴难
为 ２ ｉ。 ｍ ｎ
的矫 顽力 高达 ２ ０ ｋ ／ ２ ８Ａ ｍ，而剩磁 比 高达 ０７ ．，说明在 纳 米 晶之 间存在 强烈的晶 间交换耦 合作用 。 烧结磁体 具有
良好 的 高温性 能，７ ３ 时 的矫顽 力为 ４ ６ Ａ ｍ，矫顽 ７Ｋ ５ｋ ／
力 温度 系数 Ｂ为 一０２ ２ Ｋ。 ．１ ％／
粉 末在 Ｓ Ｓ中经过 ９ ３ Ｐ ７ Ｋ、５ ０ ａ的烧 结后 ，重新晶 ０ ＭＰ 化成 １： ５单相结构 ，即获得 了 Ｃ Ｃ ５ ａ ｕ 结构的致密块状
Ｓ ｏ 磁体 。 结磁 体的 Ｘ Ｄ图中， ｍＣ ５ 烧 Ｒ 其衍射峰 明显宽化 ，
放电等离子烧结技术的发展和应用
放电等离子烧结技术的发展和应用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(ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａＳｉｎｔｅｒｉｎｇ,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]。
国内近三年也开展了用ＳＰＳ技术制备新材料的研究工作[1,3],引进了数台ＳＰＳ烧结系统,主要用来烧结纳米材料和陶瓷材料[5～8]。
ＳＰＳ作为一种材料制备的全新技术,已引起了国内外的广泛重视。
3ＳＰＳ的烧结原理31等离子体和等离子加工技术[9,10]ＳＰＳ是利用放电等离子体进行烧结的。
放电等离子烧结(SPS)技术简介
主讲人：谢新凤 班级： 材料四班 学号： 20113493
放电等离子烧结（SPS）技术
Байду номын сангаас
1
简介
系统结构
2
及机理
3 工艺特点
4
应用
放电等离子烧结（SPS）技术
1
SPS技术简介
• 放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering)简称SPS，是近年来 发展起来的一种新型的快速烧结技术。
Thank you !
放电等离子烧结（SPS）技术
4
SPS技术应用
SPS可加工材料
放电等离子烧结（SPS）技术
SPS技术制备纳米材料 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。
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。
放电等离子烧结（SPS）技术
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。
• 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。