放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering, SPS)工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加于燒結(jié)粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新的粉末冶金燒結(jié)技術(shù)。
在SPS燒結(jié)過程中，脈沖電流由壓頭流入，流出的電流分成幾個(gè)流向；經(jīng)過石墨模具的電流產(chǎn)生大量的熱，用于加熱粉料；經(jīng)過燒結(jié)體的電流，由于燒結(jié)初期顆粒之間存在間隙，相鄰顆粒之間將產(chǎn)生火花放電，一些氣體分子被電離，產(chǎn)生的正離子和電子分別向陰極和陽極運(yùn)動，在顆粒之間放電形成等離子體；隨著等離子體密度的不斷增大，高速反向運(yùn)動的粒子流對顆粒表面產(chǎn)生較大沖擊力，不僅可吹散吸附的氣體或破碎的氧化膜，而且能凈化和活化顆粒表面，有利于粉末的燒結(jié)；粉末顆粒在脈沖電場作用下未接觸部位產(chǎn)生放電熱，接觸部位產(chǎn)生焦耳熱，瞬間形成的高溫場使顆粒表面發(fā)生局部融化；在加壓的情況下，融化的顆粒相結(jié)合，熱量的局部擴(kuò)散使結(jié)合部位粘接在一起，形成燒結(jié)頸。
傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)主要由通電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓使粉末顆粒產(chǎn)生塑性變形并進(jìn)行致密化燒結(jié)，SPS除上述作用外，還利用在粉末顆粒間放電產(chǎn)生的等離子體使其自熱而進(jìn)行燒結(jié)。SPS技術(shù)融等離子活化與熱壓為一體，與傳統(tǒng)的熱壓、熱等靜壓技術(shù)相比，具有燒結(jié)快速、燒結(jié)溫度低、無需粉末預(yù)成形、可直接燒成致密體等優(yōu)點(diǎn)，是一種快速、節(jié)能、環(huán)保的材料制備加工新技術(shù)，可以有效地解決傳統(tǒng)燒結(jié)方法中致密度低和晶粒尺寸大的問題。
由于SPS技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，故可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料，特別是可用來制備常規(guī)工藝難以制備的納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。例如，功能梯度材料的成分是梯度變化的，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化；利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場，只需要幾分鐘就可以燒結(jié)好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制備的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2；Ni/ZrO2；Al/高聚物等梯度材料。
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。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。用普通粉末冶金法制備大塊非晶材料目前還難以實(shí)現(xiàn)，SPS作為新一代燒結(jié)技術(shù)有望在這方面取得進(jìn)展，利用SPS燒結(jié)由機(jī)械合金化制取的非晶Al基粉末已經(jīng)得到了塊狀（10mm × 2mm）非晶試樣。
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