SPS燒結爐，全稱為Spark Plasma Sintering（放電等離子燒結）爐，是一種在材料科學、物理學、航空、航天科學技術等領域中廣泛應用的工藝試驗儀器。其作為一種先進的材料制備技術，具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控、節(jié)能環(huán)保等顯著特點，尤其適用于制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。
SPS燒結爐的基本原理是利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時高溫場來實現(xiàn)材料的燒結過程。在燒結過程中，顆粒之間放電瞬時產(chǎn)生局部高溫，這種高溫能夠加速燒結材料晶粒形成與再結晶過程，從而在較短的時間內(nèi)獲得晶粒致密、結晶度良好的燒結體。
二、SPS燒結爐的主要技術指標
SPS燒結爐的主要技術指標包括最大壓力、燒結壓力、燒結行程、壓力控制系統(tǒng)以及工作臺尺寸等。具體來說，SPS燒結爐的最大壓力可以達到20kN（即2,040㎏f），燒結壓力范圍在0.5～20kN（即50～2,040㎏f）之間，燒結行程為50mm（空間高度200mm）。此外，SPS燒結爐還配備了伺服馬達控制的壓力控制系統(tǒng)和數(shù)字讀出應變壓力傳感器，以確保燒結過程的精確控制。
三、SPS燒結爐的主要功能
SPS燒結爐的主要功能是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進行加熱燒結。這種加熱方式使得SPS燒結爐具有以下幾個顯著優(yōu)點：
升溫速度快：由于SPS燒結爐采用脈沖電流加熱，因此能夠在短時間內(nèi)迅速達到所需的燒結溫度，從而大大縮短了燒結時間。
燒結時間短：相比傳統(tǒng)的燒結方法，SPS燒結爐的燒結時間更短，這有助于減少能源消耗和生產(chǎn)成本。
組織結構可控：SPS燒結爐在燒結過程中可以通過調整脈沖電流的參數(shù)來控制材料的組織結構，從而實現(xiàn)對材料性能的精確調控。
節(jié)能環(huán)保：SPS燒結爐采用脈沖電流加熱，相比傳統(tǒng)的電阻加熱方式，能夠更有效地利用能源，減少能源浪費。同時，由于燒結時間短、溫度控制精確，因此產(chǎn)生的廢氣、廢水等污染物也大大減少，符合環(huán)保要求。
四、SPS燒結爐的應用領域
SPS燒結爐在材料科學、物理學、航空、航天科學技術等領域中具有廣泛的應用。具體來說，SPS燒結爐可以用于制備各種金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。此外，SPS燒結爐還可以用于制備高性能的梯度材料、涂層材料以及功能梯度材料等。
五、SPS燒結爐的發(fā)展趨勢
隨著材料科學的不斷發(fā)展和高新技術產(chǎn)業(yè)的迅猛進步，SPS燒結爐作為一種先進的材料制備技術，其應用前景越來越廣闊。未來，SPS燒結爐的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
進一步提高燒結效率：通過優(yōu)化脈沖電流的參數(shù)和控制策略，進一步提高SPS燒結爐的燒結效率，縮短燒結時間，降低生產(chǎn)成本。
拓展應用領域：將SPS燒結爐應用于更多領域的新型材料制備中，如生物醫(yī)用材料、能源材料、環(huán)保材料等。
實現(xiàn)智能化控制：借助先進的傳感器和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)SPS燒結爐的智能化控制，提高燒結過程的穩(wěn)定性和可靠性。
環(huán)保節(jié)能：繼續(xù)優(yōu)化SPS燒結爐的能源利用效率和環(huán)保性能，減少能源消耗和污染物排放。
綜上所述，SPS燒結爐作為一種先進的材料制備技術，在材料科學、物理學、航空、航天科學技術等領域中具有廣泛的應用前景。隨著技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，SPS燒結爐將會在更多領域展現(xiàn)出其的優(yōu)勢和價值。
SPS等離子燒結爐是利用放電等離子體進行燒結的。等離子體是物質在高溫或特定激勵下的一種物質狀態(tài)，是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外，物質的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體，由大量正負帶電粒子和中性粒子組成，并表現(xiàn)出集體性為的一種準中性氣體。 產(chǎn)成等離子體的方法包括加熱、放電和光激勵等。放電產(chǎn)生的等離子體包括直流放電、射頻放電和微波放電等離子體。SPS利用的是直流放電等離子體。
等離子體是解離的高溫導電氣體，可提供反應活性高的狀態(tài)。等離子體溫度4000～10999℃，其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài)，而且等離子氣體內(nèi)離子化程度很高，這些性質使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術。
等離子體加工技術已得到較多的應用，例如等離子體CVD、低溫等離子體PBD以及等離子體和離子束刻蝕等。目前等離子體多用于氧化物涂層、等離子刻蝕方面，在制備高純碳化物和氮化物粉體上也有一定應用。而等離子體的另一個很有潛力的應用領域是在陶瓷材料的燒結方面。
SPS等離子燒結爐基本結構：
SPS與熱壓(HP)有相似之處，但加熱方式不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散作用。
SPS燒結時脈沖電流通過粉末顆粒。在SPS燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體內(nèi)部各個顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法(SHS)和微波燒結法類似，SPS是有效利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用而進行燒結的。
SPS燒結過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。除加熱和加壓這兩個促進燒結的因素外，在SPS技術中，顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(如去處表面氧化物等)和吸附的氣體。電場的作用是加快擴散過程。
SPS裝置主要包括以下幾個部分：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統(tǒng)(真空、氬氣)；直流脈沖及冷卻水、位移測量、溫度測量、和安全等控制單元。
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