國(guó)內(nèi)外SPS的發(fā)展與應(yīng)用狀況

國(guó)內(nèi)外SPS的發(fā)展與應(yīng)用狀況

SPS技術(shù)是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結(jié)，因此在有的文獻(xiàn)上也被稱為等離子活化燒結(jié)或等離子輔助燒結(jié)（plasmaactivatedsintering-PAS或plasma-assistedsintering-PAS）[1,2]。早在1930年，美國(guó)科學(xué)家就提出了脈沖電流燒結(jié)原理，但是直到1965年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)才在美、日等國(guó)得到應(yīng)用。另外，還已發(fā)現(xiàn)晶粒隨SPS燒結(jié)溫度變化比較緩慢[7]，因此SPS制備納米材料的機(jī)理和對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響還需要做進(jìn)一步的研究。日本獲得了SPS技術(shù)的專利，但當(dāng)時(shí)未能解決該技術(shù)存在的生產(chǎn)效率低等問題，因此SPS技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。

1988年日本研制出第yi臺(tái)工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣使用。1990年以后，日本推出了可用于工業(yè)生產(chǎn)的SPS第三代產(chǎn)品，具有10～100t 的燒結(jié)壓力和脈沖電流5000～8000A。近又研制出壓力達(dá)500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。而等離子體的另一個(gè)很有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是在陶瓷材料的燒結(jié)方面[1]。由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、gao效率等優(yōu)點(diǎn)，近幾年國(guó)外許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，并利用SPS進(jìn)行新材料的研究和開發(fā)[3]。1998年瑞典購(gòu)進(jìn)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，對(duì)碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進(jìn)行了較多的研究工作[4]。

國(guó)內(nèi)近三年也開展了用SPS技術(shù)制備新材料的研究工作[1,3]，引進(jìn)了數(shù)臺(tái)SPS燒結(jié)系統(tǒng)，主要用來燒結(jié)納米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作為一種材料制備的全新技術(shù)，已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。

粉末冶金廠納米材料

致密納米材料的制備越來越受到重視。利用傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等方法來制備納米材料時(shí)，很難保證能同時(shí)達(dá)到納米尺寸的晶粒和完全致密的要求。利用SPS技術(shù)，由于加熱速度快，燒結(jié)時(shí)間短，可顯著抑制晶粒粗化。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經(jīng)SPS燒結(jié)（1963K，196～382MPa，燒結(jié)5min），可得到平均晶粒65nm的TiN密實(shí)體[3]。文獻(xiàn)[3]中引用有關(guān)實(shí)例說明了SPS燒結(jié)中晶粒長(zhǎng)大受到極大限度的抑制，所制得燒結(jié)體無疏松和明顯的晶粒長(zhǎng)大。

?粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1、絕大多數(shù)難熔金屬和化合物，假合金，多孔材料只能用粉末冶金法制造。

2、由于粉末冶金方法可以壓制成終尺寸的緊湊型，并且不需要或不需要后續(xù)的機(jī)械加工，可以大大節(jié)省金屬，降低產(chǎn)品成本。粉末冶金制造的產(chǎn)品，金屬損失僅為1-5％，而在生產(chǎn)中使用的普通鑄造方法，金屬損失可能會(huì)達(dá)到80％以上。

3、由于粉末冶金技術(shù)在生產(chǎn)過程中材料不熔化，不混合由坩堝和脫氧劑引起的雜質(zhì)，一般在真空和還原氣氛中燒結(jié)，不怕氧化，也不會(huì)發(fā)生任何物質(zhì)污染，因此可以制備高純度材料。

4、粉末冶金法可以保證材料組成比的精度和均勻性。

5、粉末冶金適用于生產(chǎn)相同形狀和數(shù)量的產(chǎn)品，特別是齒輪等產(chǎn)品的高加工成本，粉末冶金工藝可大大降低生產(chǎn)成本。