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等离子烧结炉的工艺及三大应用解读

时间:2020-06-08 点击:259次

   等离子烧结炉在进行具体的SPS实验操作时,将试样装入石墨模具中,模具置于上下电极之间,通过油压系统加压,然后对腔体抽真空,达到要求的真空度后通入脉冲电流进行实验。脉冲大电流直接施加于导电模具和样品上,通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面,在孔隙间局部放电,产生等离子体,粉末颗粒表面被活化、发热,同时,通过模具的部分电流加热模具,使模具开始对试样传热,试样温度升高,开始收缩,产生一定的密度,并随着温度的升高而增大,直至达到烧结温度后收缩结束,致密度达到z大。

  由于SPS独特的烧结机理,等离子烧结炉具有升温速度快、烧结温度低、烧结时间短、节能环保等特点,SPS技术已广泛应用于各大领域的材料制备中:
  1.纳米材料
  传统的热压烧结、热等静压等方法制备纳米材料,很难保证晶粒的纳米尺寸,又达到完全致密的要求。利用SPS技术其加热迅速,合成时间短,可明显抑制晶粒粗化。SPS能快速降温这一特点可控制烧结过程的反应历程,避免一些不必要的反应发生,这就可能使粉末中的缺陷和亚结构在烧结后的块体材料中得以保留,在更广泛的意义上说,这一点有利于合成介稳材料,特别有利于制备纳米材料。
  2.梯度功能材料
  梯度功能材料(FGM)是一种组成在某个方向上梯度分布的复合材料,各层的烧结温度不同,利用传统的烧结方法难以一次烧成。利用CVD,PVD等方法制备梯度材料,成本很高,也很难实现工业化生产。通过SPS技术可以很好地克服这一难点。
  SPS可以制造陶瓷/金属、聚合物/金属以及其他耐热梯度、耐磨梯度、硬度梯度、导电梯度、孔隙度梯度等材料。梯度层可到10多层,实现烧结温度的梯度分布。
  3.电磁材料
  采用SPS技术还可以制作SiGe,PbTe,BiTe,FeSi,CoSb3等体系的热电转化元件,以及广泛用于电子领域的各种功能材料,如超导材料、磁性材料、靶材、介电材料、贮氢材料、形状记忆材料、固体电池材料、光学材料等。

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