等離子燒結爐又稱(chēng)等離子活化燒結或等離子輔助燒結,是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的快速燒結技術(shù)。放電等離子燒結技術(shù)融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體,具有升溫速度快、燒結時(shí)間短、冷卻迅速、外加壓力和燒結氣氛可控、節能環(huán)保等特點(diǎn),可廣泛用于磁性材料、梯度功能材料、納米陶瓷、纖維增強陶瓷和金屬間復合材料等一系列新型材料的燒結,并在納米材料、復合材料等的制備中顯示了極大的*性,是一項有重要使用價(jià)值和廣泛前景的燒結新技術(shù)。
等離子燒結爐的操作:
傳統的熱壓燒結主要是由通電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形這兩個(gè)因素來(lái)促使燒結過(guò)程的進(jìn)行。而放電等離子燒結(SPS)過(guò)程除了上述作用外,在壓實(shí)顆粒樣品上施加了由特殊電源產(chǎn)生的直流脈沖電流,并有效地利用了在粉體顆粒間放電所產(chǎn)生的自發(fā)熱作用,通常熱壓燒結中沒(méi)有的各種有利于燒結的現象,這里,在SPS狀態(tài)有一個(gè)非常重要的作用,在粉體顆粒間高速升溫后,晶粒間結合處通過(guò)熱擴散迅速冷卻,施加脈沖電壓使所加的能量可在觀(guān)察燒結過(guò)程的同時(shí)高精度地加以控制,電場(chǎng)的作用也因離子高速遷移而造成高速擴散。通過(guò)重復施加脈沖電壓,放電點(diǎn)局部高溫源在壓實(shí)顆粒間移動(dòng)而布滿(mǎn)整個(gè)樣品,這就使樣品均勻地發(fā)熱。能使高能脈沖集中在晶粒結合處是SPS過(guò)程不同于其它燒結過(guò)程的一個(gè)主要特點(diǎn)。
SPS過(guò)程中,當在晶粒間的空隙處放電時(shí),會(huì )瞬時(shí)產(chǎn)生高達幾千度至一萬(wàn)度的局部高溫,這在晶粒表面引起蒸發(fā)和熔化,并在晶粒接觸點(diǎn)形成“燒結頸”,對金屬而言,即形成焊接態(tài)。由于熱量立即從發(fā)熱中心傳遞到晶粒表面和向四周擴散,因此所形成的“燒結頸”快速冷卻,因頸部的蒸氣壓低于其它部位,氣相物質(zhì)凝聚在頸部而達成物質(zhì)的蒸發(fā)-凝固傳遞。與通常的燒結方法相比,SPS過(guò)程中蒸發(fā)-凝固的物質(zhì)傳遞要強得多,這是過(guò)程的另一個(gè)特點(diǎn)。同時(shí)在SPS過(guò)程中,晶粒表面容易活化,通過(guò)表面擴散的物質(zhì)傳遞也得到了促進(jìn),晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用,體擴散、晶界擴散都得到加強,加速了燒結致密化的進(jìn)程,因此用比較低的溫度和比較短的時(shí)間就可以得到高質(zhì)量的燒結體。