等離子體燒結技術的工作原理及應用領域

　　工作原理：
 

　　目前一般認為：SPS過程除具有熱壓燒結的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促進燒結過程外，還在粉末顆粒間產生直流脈沖電壓，并有效利用了粉體顆粒間放電產生的自發熱作用，因而產生了一些SPS過程*的現象 。
 

　　SPS中施加直流開關脈沖電流的作用 ：
 

　　1、由于脈沖放電產生的放電沖擊波以及電子、離子在電場中反方向的高速流動，可使粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被擊穿，使粉末得以凈化、活化；
 

　　2、由于脈沖是瞬間、斷續、高頻率發生，在粉末顆粒未接觸部位產生的放電熱，以及粉末顆粒接觸部位產生的焦耳熱，都大大促進了粉末顆粒原子的擴散，其擴散系數比通常熱壓條件下的要大得多，從而達到粉末燒結的快速化;
 

　　3、ON- OFF快速脈沖的加入，使粉末內的放電部位及焦耳發熱部件，都會快速移動，使粉末的燒結能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結合處是SPS過程的一個特點。
 

　　SPS過程中，顆粒之間放電時，會瞬時產生高達幾千度至1萬度的局部高溫，在顆粒表面引起蒸發和熔化，在顆粒接觸點形成頸部，由于熱量立即從發熱中心傳遞到顆粒表面和向四周擴散，頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。
 

　　氣相物質凝聚在頸部形成高于普通燒結方法的蒸發-凝固傳遞是SPS過程的另一個重要特點。晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用，體擴散、晶界擴散都得到加強，加速了燒結致密化過程，因此用較低的溫度和比較短的時間可得到高質量的燒結體。SPS過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對導電Cu粉和非導電Al2O3粉進行SPS燒結研究，認為導電材料和非導電材料存在不同的燒結機理，導電粉體中存在焦耳熱效應和脈沖放電效應，而非導電粉體的燒結，主要源于模具的熱傳導。
 

　　應用領域：可以再晶粒無顯著長大的狀態下燒結出納米材料、功能梯度材料、復合材料、碳化鎢或其他硬質材料和結構陶瓷和功能陶瓷等。