SPS放電等離子燒結(jié)

　　放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering)即SPS，是將金屬、陶瓷等粉末裝入模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻而完成，是制取高性能材料的一種粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。
 

　　放電等離子燒結(jié)具有在加壓過程中燒結(jié)的特點，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體及燒結(jié)過程中的加壓有利于降低粉末的燒結(jié)溫度。具有升溫速率快、燒結(jié)時間短、組織結(jié)構(gòu)可控、節(jié)能環(huán)保等鮮明特點，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料，也可用來制備納米塊體材料、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復(fù)合材料，在金屬和陶瓷粘合時由于二者燒結(jié)致密的溫度相差較大，且界面的膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力，給材料的制備帶來困難，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用CVD，PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而應(yīng)用SPS方法可以很好的克服這一問題，實現(xiàn)燒結(jié)溫度的梯度分布。SPS技術(shù)制備梯度材料的特點不僅容易實現(xiàn)成分和組織的控制，而且燒結(jié)體密實度高，從而具有優(yōu)良的性能。
 

　　SPS可以制造陶瓷/金屬、聚合物/金屬以及其他耐熱梯度、耐磨梯度、硬度梯度、導(dǎo)電梯度、孔隙度梯度等材料。梯度層可到10多層，實現(xiàn)燒結(jié)溫度的梯度分布。
 

　　下圖為SPS制備梯度材料的模具，由于上、下兩端電流密度不同，通過設(shè)計可變直徑的石墨模具，可產(chǎn)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(jié)成梯度材料。燒結(jié)保溫時間一般僅為幾分鐘。
 

SPS制備梯度材料的可變截面模具
 

　　目前已取得良好燒結(jié)效果的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2系梯度材料；Ni/ZrO2系梯度材料；Al/聚酯亞胺梯度材料；Al/植物纖維梯度材料；TiN/Al2O3復(fù)合梯度材料；PSZ/Ti系梯度材料；Ti-TiB2-B系復(fù)合梯度材料。
 

　　ZrO2 / SUS，ZrO2 / Ni，Cu / SUS，Al /聚酰亞胺樹脂和Al2O3 / Ti材料
 

超硬功能梯度WC / Co材料