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SPS放電等離子燒結
點擊次數:1501 發布時間:2019-03-15

放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering)即SPS,是將金屬、陶瓷等粉末裝入模具內,利用上、下模衝及通電電極將特定燒結電源和壓製壓力施加於燒結粉末,經放電活化、熱塑變形和冷卻而完成,是製取高性能材料的一種粉末冶金燒結技術。

放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點,脈衝電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利於降低粉末的燒結溫度。具有升溫速率快、燒結時間短、組織結構可控、節能環保等鮮明特點,可用來製備金屬材料、陶瓷材料、複合材料,也可用來製備納米塊體材料、非晶體塊材料、梯度材料等。

梯度材料

梯度材料(FGMs)是一種組成在某個方向梯度分布的複合材料,在金屬和陶瓷粘合時由於二者燒結致密的溫度相差較大,且界麵的膨脹係數不同而產生熱應力,給材料的製備帶來困難,利用傳統的燒結方法難以一次燒成。利用CVDPVD等方法製備梯度材料,成本很高,也很難實現工業化生產。而應用SPS方法可以很好的克服這一問題,實現燒結溫度的梯度分布。SPS技術製備梯度材料的特點不僅容易實現成分和組織的控製,而且燒結體密實度高,從而具有優良的性能。

SPS可以製造陶瓷/金屬、聚合物/金屬以及其他耐熱梯度、耐磨梯度、硬度梯度、導電梯度、孔隙度梯度等材料。梯度層可到10多層,實現燒結溫度的梯度分布。

下圖為SPS製備梯度材料的模具,由於上、下兩端電流密度不同,通過設計可變直徑的石墨模具,可產生300~500的溫度梯度。因此具有不同成分配比的梯度坯料可在溫度梯度場中一次燒結成梯度材料。燒結保溫時間一般僅為幾分鍾。

 

SPS製備梯度材料的可變截麵模具

目前已取得良好燒結效果的梯度材料有:不鏽鋼/ZrO2係梯度材料;Ni/ZrO2係梯度材料;Al/聚酯亞胺梯度材料;Al/植物纖維梯度材料;TiN/Al2O3複合梯度材料;PSZ/Ti係梯度材料;Ti-TiB2-B係複合梯度材料。

ZrO2 / SUS,ZrO2 / NiCu / SUSAl /聚酰亞胺樹脂和Al2O3 / Ti材料

超硬功能梯度WC / Co材料

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