3SPS粉末冶金裝置和燒結(jié)原理
國(guó)內(nèi)近三年也開(kāi)展了用SPS技術(shù)制備新材料的研究工作[1,3],，引進(jìn)了數(shù)臺(tái)SPS燒結(jié)系統(tǒng),，主要用來(lái)燒結(jié)納米材料粉末冶金和陶瓷材料[5~8]。SPS作為一種材料制備的全新技術(shù),，已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視,。
3SPS粉末冶金的燒結(jié)原理
3.粉末冶金1等離子體和等離子加工技術(shù)[9，10]
SPS是利用放電等離子體進(jìn)行燒結(jié)的,。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵(lì)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(fù)帶電粒子和中性粒子組成,，并表現(xiàn)出集體性為的一種準(zhǔn)中性氣體。
粉末冶金等離子體是解離的高溫導(dǎo)電氣體,，可提供反應(yīng)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)。
粉末冶金等離子體加工技術(shù)已得到較多的應(yīng)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(yīng)用。而等離子體的另一個(gè)很有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是在陶瓷材料的燒結(jié)方面[1],。
產(chǎn)成粉末冶金等離子體的方法包括加熱,、放電和光激勵(lì)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,。
3.2SPS裝置和燒結(jié)基本原理
SPS裝置主要包括以下幾個(gè)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(cè)量、溫度測(cè)量,、和安全等控制單元,。SPS的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
粉末冶金SPS與熱壓(HP)有相似之處,，但加熱方式完全不同,，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(chǎng)擴(kuò)散作用[11]。冶金行業(yè)報(bào)告,，SPS燒結(jié)時(shí)脈沖電流通過(guò)粉末顆粒如圖2所示,。在SPS燒結(jié)過(guò)程中，電極通入直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體,，使燒結(jié)體內(nèi)部各個(gè)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(yīng)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(jìn)行燒結(jié)的,。SPS燒結(jié)過(guò)程可以看作是顆粒放電,、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。除加熱和加壓這兩個(gè)促進(jìn)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(chǎng)的作用是加快擴(kuò)散過(guò)程
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