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了解什么是SPS燒結(jié)爐

時間:2024-09-26點擊次數(shù):4337
SPS燒結(jié)爐,全稱為Spark Plasma Sintering(放電等離子燒結(jié))爐,是一種在材料科學、物理學、航空、航天科學技術(shù)等領(lǐng)域中廣泛應用的工藝試驗儀器。其作為一種先進的材料制備技術(shù),具有升溫速度快、燒結(jié)時間短、組織結(jié)構(gòu)可控、節(jié)能環(huán)保等顯著特點,尤其適用于制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。

一、SPS燒結(jié)爐的基本原理

SPS燒結(jié)爐的基本原理是利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時高溫場來實現(xiàn)材料的燒結(jié)過程。在燒結(jié)過程中,顆粒之間放電瞬時產(chǎn)生局部高溫,這種高溫能夠加速燒結(jié)材料晶粒形成與再結(jié)晶過程,從而在較短的時間內(nèi)獲得晶粒致密、結(jié)晶度良好的燒結(jié)體。
SPS燒結(jié)爐
二、SPS燒結(jié)爐的主要技術(shù)指標

SPS燒結(jié)爐的主要技術(shù)指標包括最大壓力、燒結(jié)壓力、燒結(jié)行程、壓力控制系統(tǒng)以及工作臺尺寸等。具體來說,SPS燒結(jié)爐的最大壓力可以達到20kN(即2,040㎏f),燒結(jié)壓力范圍在0.5~20kN(即50~2,040㎏f)之間,燒結(jié)行程為50mm(空間高度200mm)。此外,SPS燒結(jié)爐還配備了伺服馬達控制的壓力控制系統(tǒng)和數(shù)字讀出應變壓力傳感器,以確保燒結(jié)過程的精確控制。

三、SPS燒結(jié)爐的主要功能

SPS燒結(jié)爐的主要功能是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進行加熱燒結(jié)。這種加熱方式使得SPS燒結(jié)爐具有以下幾個顯著優(yōu)點:

升溫速度快:由于SPS燒結(jié)爐采用脈沖電流加熱,因此能夠在短時間內(nèi)迅速達到所需的燒結(jié)溫度,從而大大縮短了燒結(jié)時間。
燒結(jié)時間短:相比傳統(tǒng)的燒結(jié)方法,SPS燒結(jié)爐的燒結(jié)時間更短,這有助于減少能源消耗和生產(chǎn)成本。
組織結(jié)構(gòu)可控:SPS燒結(jié)爐在燒結(jié)過程中可以通過調(diào)整脈沖電流的參數(shù)來控制材料的組織結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)對材料性能的精確調(diào)控。
節(jié)能環(huán)保:SPS燒結(jié)爐采用脈沖電流加熱,相比傳統(tǒng)的電阻加熱方式,能夠更有效地利用能源,減少能源浪費。同時,由于燒結(jié)時間短、溫度控制精確,因此產(chǎn)生的廢氣、廢水等污染物也大大減少,符合環(huán)保要求。

SPS燒結(jié)爐

四、SPS燒結(jié)爐的應用領(lǐng)域

SPS燒結(jié)爐在材料科學、物理學、航空、航天科學技術(shù)等領(lǐng)域中具有廣泛的應用。具體來說,SPS燒結(jié)爐可以用于制備各種金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。此外,SPS燒結(jié)爐還可以用于制備高性能的梯度材料、涂層材料以及功能梯度材料等。

五、SPS燒結(jié)爐的發(fā)展趨勢

隨著材料科學的不斷發(fā)展和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛進步,SPS燒結(jié)爐作為一種先進的材料制備技術(shù),其應用前景越來越廣闊。未來,SPS燒結(jié)爐的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

進一步提高燒結(jié)效率:通過優(yōu)化脈沖電流的參數(shù)和控制策略,進一步提高SPS燒結(jié)爐的燒結(jié)效率,縮短燒結(jié)時間,降低生產(chǎn)成本。
拓展應用領(lǐng)域:將SPS燒結(jié)爐應用于更多領(lǐng)域的新型材料制備中,如生物醫(yī)用材料、能源材料、環(huán)保材料等。
實現(xiàn)智能化控制:借助先進的傳感器和控制系統(tǒng),實現(xiàn)SPS燒結(jié)爐的智能化控制,提高燒結(jié)過程的穩(wěn)定性和可靠性。
環(huán)保節(jié)能:繼續(xù)優(yōu)化SPS燒結(jié)爐的能源利用效率和環(huán)保性能,減少能源消耗和污染物排放。

綜上所述,SPS燒結(jié)爐作為一種先進的材料制備技術(shù),在材料科學、物理學、航空、航天科學技術(shù)等領(lǐng)域中具有廣泛的應用前景。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,SPS燒結(jié)爐將會在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其的優(yōu)勢和價值。SPS燒結(jié)爐
  SPS等離子燒結(jié)爐是利用放電等離子體進行燒結(jié)的。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵下的一種物質(zhì)狀態(tài),是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外,物質(zhì)的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體,由大量正負帶電粒子和中性粒子組成,并表現(xiàn)出集體性為的一種準中性氣體。
 
  產(chǎn)成等離子體的方法包括加熱、放電和光激勵等。放電產(chǎn)生的等離子體包括直流放電、射頻放電和微波放電等離子體。SPS利用的是直流放電等離子體。
 
  等離子體是解離的高溫導電氣體,可提供反應活性高的狀態(tài)。等離子體溫度4000~10999℃,其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài),而且等離子氣體內(nèi)離子化程度很高,這些性質(zhì)使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術(shù)。
 
  等離子體加工技術(shù)已得到較多的應用,例如等離子體CVD、低溫等離子體PBD以及等離子體和離子束刻蝕等。目前等離子體多用于氧化物涂層、等離子刻蝕方面,在制備高純碳化物和氮化物粉體上也有一定應用。而等離子體的另一個很有潛力的應用領(lǐng)域是在陶瓷材料的燒結(jié)方面。
 
  SPS等離子燒結(jié)爐基本結(jié)構(gòu):
  SPS與熱壓(HP)有相似之處,但加熱方式不同,它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散作用。
 
  SPS燒結(jié)時脈沖電流通過粉末顆粒。在SPS燒結(jié)過程中,電極通入直流脈沖電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體,使燒結(jié)體內(nèi)部各個顆粒均勻的自身產(chǎn)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(jié)法類似,SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進行燒結(jié)的。
 
  SPS燒結(jié)過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。除加熱和加壓這兩個促進燒結(jié)的因素外,在SPS技術(shù)中,顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫,可以使表面局部熔化、表面物質(zhì)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(zhì)(如去處表面氧化物等)和吸附的氣體。電場的作用是加快擴散過程。
 
  SPS裝置主要包括以下幾個部分:軸向壓力裝置;水冷沖頭電極;真空腔體;氣氛控制系統(tǒng)(真空、氬氣);直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量、和安全等控制單元。
 

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