放電等離子燒結(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，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(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技術(shù)。

　　在SPS燒結過(guò)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(guò)石墨模具的電流產(chǎn)生大量的熱，用于加熱粉料；經(jīng)過(guò)燒結體的電流，由于燒結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(yáng)極運動(dòng)，在顆粒之間放電形成等離子體；隨著(zhù)等離子體密度的不斷增大，高速反向運動(dòng)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；粉末顆粒在脈沖電場(chǎng)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(chǎng)使顆粒表面發(fā)生局部融化；在加壓的情況下，融化的顆粒相結合，熱量的局部擴散使結合部位粘接在一起，形成燒結頸。

　　傳統的熱壓燒結主要由通電產(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，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。SPS技術(shù)融等離子活化與熱壓為一體，與傳統的熱壓、熱等靜壓技術(shù)相比，具有燒結快速、燒結溫度低、無(wú)需粉末預成形、可直接燒成致密體等優(yōu)點(diǎn)，是一種快速、節能、環(huán)保的材料制備加工新技術(shù)，可以有效地解決傳統燒結方法中致密度低和晶粒尺寸大的問(wèn)題。

　　由于SPS技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，故可用來(lái)制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料，特別是可用來(lái)制備常規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，各層的燒結溫度不同，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(shí)現工業(yè)化；利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場(chǎng)，只需要幾分鐘就可以燒結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(lái)越受到重視。利用傳統的熱壓燒結和熱等靜壓燒結等方法來(lái)制備納米材料時(shí)，很難保證能同時(shí)達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，燒結時(shí)間短，可顯著(zhù)抑制晶粒粗化。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經(jīng)SPS燒結（1963K，196～382MPa，燒結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，SPS作為新一代燒結技術(shù)有望在這方面取得進(jìn)展，利用SPS燒結由機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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