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放电等离子烧结，英文缩写SPS，也叫等离子活化烧结，是近几十年发展起来的一种快速材料制备方法。它和传统无压烧结最大的不同，是把粉末装在导电模具里，在真空腔里一边加轴向压力，一边通直流脉冲大电流，让电流直接穿过模具和粉末，靠放电和焦耳热把粉末快速烧致密。磁性材料、纳米陶瓷、复合材料这些对晶粒尺寸敏感的体系，用SPS烧结往往能在更低的温度、更短的时间里拿到高致密度。下面把它的原理和特点拆开讲清楚。
一、脉冲电流怎么产生等离子体活化
SPS的核心是直流脉冲电源。电源输出的不是连续直流，而是一串通断交替的脉冲，电流峰值很大、持续时间很短。当这股脉冲电流加到石墨模具和粉末上，在粉末颗粒之间微小的接触点和孔隙间隙处，瞬间产生放电。放电点局部温度很高，把颗粒表面吸附的气体、氧化层和污染物汽化剥离，产生出等离子体。
这种表面活化的作用，相当于在烧结一开始就把颗粒表面打扫干净，让新鲜的颗粒表面直接接触，扩散传质的阻力大幅下降。与此同时，脉冲电流还在粉末和模具里产生焦耳热，把整体温度升上去。放电冲击压也会让颗粒之间发生微小的相对位移，促进重排。所以SPS加热不是单纯靠外部电阻丝辐射传热，而是电流直接在样品里生热，加热均匀、温升快，没有热滞后。
二、快速致密化靠哪几种作用叠加
SPS能快速致密化，是几种作用同时叠加的结果。第一是放电等离子体活化，把颗粒表面净化，降低烧结活化能；第二是焦耳体加热，样品整体升温快，温度均匀，内外几乎同时烧；第三是轴向压力，模冲从两端加压，把孔隙挤小，促进塑性流动和颗粒重排；第四是放电冲击压，在微观上把颗粒进一步压紧。
这几种作用合在一起，致密化速度比常规热压快得多。常规烧结可能要在高温保温一两个小时，SPS往往升到设定温度后保温几分钟到十几分钟就够了。烧结温度也比无压烧结低一两百度，因为活化和压力已经帮着降低了致密化需要的热激活。升温速率可以做到每分钟几十到上百度，一炉从室温到一千多度再降下来，往往不到一小时，生产效率高、能耗也低。正因为烧结周期短，一台炉子一年能做的试验批次比常规炉多出不少，对实验室快速摸索工艺很友好。 批量生产时，真空烧结炉的连续作业能力可以提升整体效率。
三、晶粒抑制为什么能做到
烧结过程中晶粒长大靠的是晶界迁移，而晶界迁移需要时间和温度。常规烧结保温时间长，晶粒有充分时间长大，纳米粉末烧完往往变成微米级。SPS反其道而行：烧结温度低、保温时间短，晶粒还没来得及充分长大，致密化已经完成，于是原始颗粒的微观结构被保留下来，烧出来的组织细小均匀。
这种晶粒抑制的效果，对纳米材料和介稳材料特别有价值。纳米粉末如果用常规烧结，晶粒一长，纳米效应就没了；用SPS，能在保持纳米晶粒度的同时把样品烧致密。介稳材料和非平衡相也因为高温停留时间短，来不及分解或转变，得以保留下来。快速升降温还能控制反应历程，把一些缺陷和亚结构冻结在样品里，这对研究材料性能和制备特殊组织很有意义。
四、系统组成和适用材料
一台SPS系统主要由几部分组成：轴向压力装置提供模冲压力，水冷冲头电极把脉冲电流引进模具，真空腔体抽真空保护石墨和样品，直流脉冲电源提供通断脉冲。冷却水把电极和模具下端温度压住，防止密封和胶圈过热。
适用材料上，导电或半导电粉末都能直接用SPS烧；非导电粉末也能烧，靠石墨模具通电发热再间接传热。磁性材料、纳米陶瓷、硬质合金、复合材料、功能梯度材料都是SPS的常客。当然SPS也有局限，主要适合小尺寸圆片或圆柱样品，模具成本高，大批量生产还不经济。客户在选型时要先想清楚自己做的是研发打样还是批量生产，如果是新材料探索、快速筛选配方，SPS很合适；如果是成百上千件的量产，热压炉或气压烧结炉更划算。东莞市志远工业设备有限公司做SPS放电等离子烧结系统多年，把脉冲电源、水冷电极和真空腔体这套配置做成成熟机型，再按用户的材料体系和样品尺寸调整参数区间，让新材料研发跑得更快。 东莞市志远工业设备有限公司主营真空加压烧结炉、真空钎焊炉等系列产品，可根据客户工艺需求定制方案。