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SPS放电等离子烧结
点击次数:298 发布时间:2019-03-15

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。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,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、非晶体块材料、梯度材料等。

梯度材料

梯度材料(FGMs)是一种组成在某个方向梯度分布的复合材料,在金属和陶瓷粘合时由于二者烧结致密的温度相差较大,且界面的膨胀系数不同而产生热应力,给材料的制备带来困难,利用传统的烧结方法难以一次烧成。利用CVDPVD等方法制备梯度材料,成本很高,也很难实现工业化生产。而应用SPS方法可以很好的克服这一问题,实现烧结温度的梯度分布。SPS技术制备梯度材料的特点不仅容易实现成分和组织的控制,而且烧结体密实度高,从而具有优良的性能。

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。

下图为SPS制备梯度材料的模具,由于上、下两端电流密度不同,通过设计可变直径的石墨模具,可产生300~500的温度梯度。因此具有不同成分配比的梯度坯料可在温度梯度场中一次烧结成梯度材料。烧结保温时间一般仅为几分钟。

 

SPS制备梯度材料的可变截面模具

目前已取得良好烧结效果的梯度材料有:不锈钢/ZrO2系梯度材料;Ni/ZrO2系梯度材料;Al/聚酯亚胺梯度材料;Al/植物纤维梯度材料;TiN/Al2O3复合梯度材料;PSZ/Ti系梯度材料;Ti-TiB2-B系复合梯度材料。

ZrO2 / SUS,ZrO2 / NiCu / SUSAl /聚酰亚胺树脂和Al2O3 / Ti材料

超硬功能梯度WC / Co材料

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