什么是火花等离子烧结 (Sps)？利用 Sps 彻底改变材料致密化

火花等离子烧结（SPS），又称场辅助烧结技术（FAST）或电场辅助烧结（EFAS），是一种先进的烧结方法，它结合使用压力和电场来使陶瓷和金属粉末致密化。与传统烧结方法相比，这种技术的特点是加热和冷却速度快、保温时间短，并能在明显较低的温度下获得高密度材料。SPS 技术用途广泛，既适用于导电材料，也适用于绝缘材料，对于生产无晶粒粗化的纳米结构材料尤为有效。它被广泛应用于各个领域，包括开发具有增强磁性、热电和生物医学特性的先进材料。

要点说明：

定义和机制:
- 什么是 SPS？:火花等离子烧结是一种利用电场和压力使粉末致密化的烧结技术。它需要将电流（直流电、脉冲直流电或交流电）通过导电模（通常是石墨），并在适当情况下通过材料本身。
- 加热机制:模具作为热源，可对样品进行内部和外部加热。这种双重加热机制可实现快速加热和冷却，这对于在短时间内获得高密度材料至关重要。
SPS 的优势:
- 完成时间短:SPS 工艺通常不超过 20 分钟，与传统烧结方法相比大大缩短了所需时间。
- 运行成本低:使用脉冲电流不需要高电压，加上周期时间短，使 SPS 成为一种经济有效的方法。
- 高密度:与许多其他烧结工艺相比，SPS 生产的材料密度更高，因此非常适合需要高固体密度的应用。
- 多功能性:SPS 可用于导电和绝缘材料，从而扩大了可烧结材料的范围。
- 纳米结构保存:SPS 可对具有纳米尺寸或纳米结构的粉末进行致密化，而不会导致标准致密化工艺中常见的晶粒粗化。因此，它特别适用于生产性能更强的材料。
应用领域:
- 先进材料:SPS 用于制备具有增强磁性、磁电、压电、热电、光学或生物医学特性的材料。
- 碳纳米管:它还可用于烧结碳纳米管，以开发场电子发射电极。
- 创新微结构:SPS 能够合成具有可控微观结构的材料，实现接近 100% 的致密化率，且不会导致晶粒增大。
工艺效率:
- 组合成型和烧结:SPS 将粉末成型和烧结结合为一个工艺，无需预成型和任何添加剂或粘合剂。
- 温度控制:SPS 的高温主要发生在颗粒的表面区域，防止颗粒内部的晶粒长大，从而更好地控制烧结体的晶粒大小。
误解和替代名称:
- 误导性名称:尽管名为 SPS，但研究表明 SPS 工艺中并未使用等离子体。因此，人们采用了其他名称，如场辅助烧结技术（FAST）、电场辅助烧结（EFAS）和直流烧结（DCS）。
操作简单:
- 易用性:SPS 以操作简单、技术要求低而著称，因此可用于各种应用。
- 烧结速度快:SPS 的烧结速度快，有助于提高效率和成本效益。

总之，火花等离子烧结技术是一种高效、多用途的烧结技术，具有许多优点，包括加工时间短、成本效益高以及能够生产具有可控微结构的高密度材料。它的应用范围涵盖各种先进材料，是材料科学和工程学领域的重要工具。

汇总表：

方面	细节
定义	SPS 利用电场和压力使陶瓷和金属粉末致密化。
加热机制	通过导电模具进行双重加热（内部和外部），可快速达到效果。
优势	加工时间短、成本低、密度高、可保留纳米结构。
应用	先进材料、碳纳米管和创新微结构。
工艺效率	将成型与烧结相结合，无需添加剂，并确保精确的温度控制。
替代名称	FAST、EFAS、DCS。
操作简单	操作简单、烧结速度快、技术要求低。