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SPS，全称放电等离子烧结，业内也常叫火花等离子烧结。这几年做新材料研发的课题组里，SPS系统几乎成了标配设备。它跟普通真空热压炉看着像，都是一边加热一边加压，但加热原理大不一样——普通热压靠外部加热件把热量传进去，SPS是直接在粉末和石墨模具之间通脉冲电流，靠放电和电阻发热把料快速烧透。正因为加热方式特别，它在材料致密化和微结构调控上有独到的用处。这篇讲讲SPS到底能干什么。
一、SPS的工作特点
SPS的核心是脉冲直流电源。电流穿过石墨模具和粉末颗粒，颗粒接触的地方产生火花放电，瞬间把接触面清理干净、激活表面，同时电流的焦耳热把料从内到外快速加热。模具外面还配了轴向加压，把粉末压成块体。整个过程一般在真空或者保护气氛里做，防止石墨模具和工件氧化。
它最大的特点是快。普通烧结可能要升温几小时、保温几小时，SPS从室温升到一千多度可能就十几分钟，保温几分钟到十几分钟就结束。因为加热快、时间短，晶粒来不及长大，烧出来的块体能保持细小晶粒。而且热量是从材料内部出来的，不像外部加热那样要等热量慢慢透进去，整个工件内外温差小，致密化比较均匀。
二、材料致密化的优势
SPS在致密化上的优势，对难烧结的材料特别明显。那些高熔点陶瓷、金属间化合物、纳米粉末，靠普通炉烧，要么温度不够致密不下来，要么温度够了晶粒也长粗了。SPS靠快速升温和放电激活，能在相对低的温度、短的时间里把这些材料烧到很高的致密度，同时保住细晶组织。
纳米材料是SPS的大受益者。纳米粉末本来活性高，但也最容易在烧结过程中晶粒长大，一旦长粗，纳米材料的性能优势就没了。SPS快速烧结刚好能把晶粒长大的时间窗口压得很短，烧出来还是细晶纳米组织。做热电材料、硬质合金、功能陶瓷的课题组，很多用SPS把传统方法烧不好的材料做出来，性能数据也好看。 这一环节通常需要配合真空渗碳炉等专用设备来保障工艺稳定性。
三、微结构怎么调控
SPS不只是把料烧致密，还能通过参数调微结构。烧结温度、保温时间、加压大小、升温速率这几个参数配合着调，晶粒大小、晶界状态、析出相的分布都会跟着变。温度高一点、时间长一点，晶粒长大；温度压低、时间缩短，晶粒就细。研究者靠这个办法，系统地建立微结构跟材料性能之间的对应关系，这是新材料研发里很重要的一块工作。
因为是脉冲电流，放电参数本身也能调。不同的脉冲频率和宽度，会影响颗粒表面的激活程度和杂质的去除效果。有些靠普通烧结很难排除的晶界杂质，在SPS的放电作用下能被清理掉，晶界更干净，材料的力学和电学性能都不一样。这种可控性，是SPS在研究型实验室里特别受欢迎的原因。工艺摸索时，一组试样往往要改好几个参数反复烧，数据攒多了，微结构跟性能的规律就慢慢清晰起来。
四、功能材料和复合材料制备
功能材料是SPS的一大应用方向。热电材料要在高温下保持稳定的细晶组织，降低热导率，SPS烧结的细晶块体热电优值往往比普通烧结的好。磁性材料、光学材料、热电材料这些对微结构敏感的材料，都能在SPS里找到合适的工艺窗口。有些材料还要加特定的添加剂或者包覆层，SPS快速烧结能减少添加剂的挥发和反应。
复合材料方面，陶瓷和金属两相的复合，靠普通烧结容易出现界面反应或者两相不均匀，SPS短时烧结能把界面反应压到很小，两相结合得又好又干净。颗粒增强复合材料、层状材料，都能用SPS做。当然SPS也有局限，一次能烧的块体尺寸有限，目前更多在研发和小批量制备阶段，大规模生产还得靠其他炉子。东莞市志远工业设备有限公司在SPS放电等离子烧结系统和真空管式炉、真空热压炉这些设备上持续投入，给材料研发客户提供从实验室小试样到放大生产的加热平台，客户做新配方时先在SPS上摸工艺，再转到生产炉批量做。 东莞市志远工业设备有限公司主营真空渗碳炉、真空热压炉等系列产品，可根据客户工艺需求定制方案。 公司产品覆盖真空钎焊炉、真空箱式气氛炉等多种类型，欢迎咨询了解。