等離子體燒結(jié)技術(shù)的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域

　　工作原理：
 

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

　　SPS中施加直流開關(guān)脈沖電流的作用 ：
 

　　1、由于脈沖放電產(chǎn)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(xù)、高頻率發(fā)生，在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱，以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱，都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多，從而達(dá)到粉末燒結(jié)的快速化;
 

　　3、ON- OFF快速脈沖的加入，使粉末內(nèi)的放電部位及焦耳發(fā)熱部件，都會快速移動，使粉末的燒結(jié)能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結(jié)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(chǎn)生高達(dá)幾千度至1萬度的局部高溫，在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化，在顆粒接觸點形成頸部，由于熱量立即從發(fā)熱中心傳遞到顆粒表面和向四周擴(kuò)散，頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。
 

　　氣相物質(zhì)凝聚在頸部形成高于普通燒結(jié)方法的蒸發(fā)-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(kuò)散、晶界擴(kuò)散都得到加強(qiáng)，加速了燒結(jié)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(zhì)量的燒結(jié)體。SPS過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。S. W. Wang和L. D.Chen等人分別對導(dǎo)電Cu粉和非導(dǎo)電Al2O3粉進(jìn)行SPS燒結(jié)研究，認(rèn)為導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料存在不同的燒結(jié)機(jī)理，導(dǎo)電粉體中存在焦耳熱效應(yīng)和脈沖放電效應(yīng)，而非導(dǎo)電粉體的燒結(jié)，主要源于模具的熱傳導(dǎo)。
 

　　應(yīng)用領(lǐng)域：可以再晶粒無顯著長大的狀態(tài)下燒結(jié)出納米材料、功能梯度材料、復(fù)合材料、碳化鎢或其他硬質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷等。