**章 材料的物理与化学制备
实验四 放电等离子体烧结(SPS)样品制备
一、实验目的
1.了解放电等离子体烧结(SPS)的基本原理和结构。
2.掌握粉体材料的烧结方法。
二、实验原理
放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS),又被称为等离子活化烧结或等离子辅助烧结,是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体,因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点。该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程,对于实现优质**、低耗低成本的材料制备具有重要意义,在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性,现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料、纳米块体材料和非晶块体材料的制备。
关于SPS的烧结机理目前还没有达成较为统一的认识。一般认为,SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外,还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压,并有效利用了粉体颗粒问放电产生的自发热作用,因而产生了一些SPS过程特有的现象。SPS的烧结有两个非常重要的步骤,首先由特殊电源产生的直流脉冲电压,在粉体的空隙产生放电等离子,由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分,使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用,电能储存在颗粒团的介电层中,介电层发生间歇式快速放电,如图4—1所示。等离子体的产生可以净化金属颗粒表面,提高烧结活性,降低金属原子的扩散自由能,有助于加速原子的扩散。这种放电直接加热法,热效率极高,能实现均匀加热,容易制备出均匀、致密、高质量的烧结体。SPS烧结系统如图4-2所示。
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