SPS技術研究現狀

粉末冶金技術具有短流程、節能耗、低成本、少加工等一系列優點，可自由組裝材料結構從而精確調控材料效能，是綠色製造技術的重要發展方向。而放電等離子燒結技術具有快速、低溫、節能、環保、操作簡便、產品效能優異等優勢，廣泛應用於金屬、陶瓷、硬質合金、梯度功能材料等方面，是目前關注度最高的新型製備技術和工藝之一。

SPS裝置主要包括壓力系統、真空系統、水冷系統、測溫系統、電源及控制系統等。由於SPS獨特的技術和明顯的工藝優勢，自1990年日本推出可用於新材料研究開發和工業生產的SPS裝置以來，SPS技術和裝置突飛猛進，開拓了製造業的新領域。目前，作為日本首個SPS加工中心，SL公司的裝置可分為研發用的小型臺式和中型LABOX系列以及工業生產用JPX系列。

圖1.日本SL公司生產的中型LABOX系列（左）和工業生產用JPX系列（右）

我司研發生產的實驗裝置可加工直徑300mm的樣品，壓力可達5T-400T，最大輸出電流為3000A-48000A，裝置通用性強，可滿足從研發階段到產品試製階段的使用要求。

SPS技術發展趨勢

1、產業化

與傳統燒結方法相比，SPS技術在節約能源和時間、提高生產效率、產品效能可控等諸多方面具有明顯的優勢，目前日本已實現SPS的產業化應用，主要用於生產磁性材料、硬質合金、梯度功能材料等。如日本太田精器已經實現了100% WC超硬材料的SPS量產，產品提供給日本國內外40多家電機、電子零部件、工具、模具等廠家。然而國內對於SPS技術仍處於實驗室研究階段，多用於新材料的製備和工藝的研究。

2、 燒結體形狀多樣化

因燒結機理與石墨模具的限制，目前SPS製備的樣品主要為簡單的圓柱體，難以製備複雜形狀的工件，不能滿足實際工程需要。

圖3.常用的石墨模具

3、燒結模具的效能最佳化

石墨具有耐高溫性、優良的導電導熱性、化學穩定性、抗熱震性以及良好的潤滑和抗磨性而被作為SPS常用模具材料。然而，石墨材料強度低、壽命短且容易對燒結材料造成汙染。目前已報道的有硬質合金模具、導電陶瓷模具、碳纖維石墨模具等，但存在高溫易變形、價格昂貴等問題，因此，為了更好地利用SPS技術，需進一步開發強度更高、重複使用率高、無汙染的新型模具材料。

4、結合有限元模擬進一步發展

SPS特殊工作環境，一般方法無法對燒結過程、成形機理、影響因素等方面進行準確的分析，獲取燒結過程中的溫度、位移等引數變化也存在一定的誤差，因此有限元模擬成為了SPS新的研究手段之一。目前已有報道透過ABAQUS、MATLAB以及MSC.MARC等軟體對燒結過程進行模擬，可獲得燒結過程中的溫度場分佈及電場分佈，分析各燒結引數對燒結過程的具體影響，對於SPS燒結機理的進一步研究、試驗結果的前期預測、生產的理論指導具有重要的意義。

展望