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技術文章
TECHNICAL ARTICLES
時間：2019-03-15
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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、下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，經放電活化、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技術。
放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于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，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料，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（FGMs）是一種組成在某個方向梯度分布的復合材料，在金屬和陶瓷粘合時由于二者燒結致密的溫度相差較大，且界面的膨脹系數不同而產生熱應力，給材料的制備帶來困難，利用傳統的燒結方法難以一次燒成。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技術制備梯度材料的特點不僅容易實現成分和組織的控制，而且燒結體密實度高，從而具有優良的性能。
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制備梯度材料的模具，由于上、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鐘。
SPS制備梯度材料的可變截面模具
目前已取得良好燒結效果的梯度材料有：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復合梯度材料；PSZ/Ti系梯度材料；Ti-TiB2-B系復合梯度材料。
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
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