1、材料合成与制备放 电 等离子体 烧结 技 术教学课件目 录9.1 SPS合成技术的发展 9.2 等离子体烧结技术原理9.3 等离子体放电烧结的工艺 9.4 等离子体放电烧结在应用 举例9.1 SPS合成技术的发展 最初实现放电产生 “ 等离子体” 的人是以发现电磁感应法则而知名的法拉第（ M.Farady），他最早发现在低压气体中放电可以分别观测到相当大的发光区域和不发光的暗区。 法拉第 I.Langmuir又进一步对低压气体放电形成的发光区，即阳光柱深入研究，发现其中电子和正离子的电荷密度差不多相等，是电中性的，电子、离子基团作与其能量状态对应的振动。他在其发表的论文中，首次称这种阳光柱的状
2、态为 “ 等离子体 ” 。 等离子体特效图 1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理，但是直到 1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了 SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此 SPS技术没有得到推广应用。 SPS技术的推广应用是从上个世纪 80年代末期开始的。 1988年日本研制出第一台工业型 SPS装置，并在新材料研究领域内推广应用。 1990年以后，日本推出了可用于工业生产的 SPS第三代产品，具有 10100t的烧结压力和 50008000A脉冲电流，其优良的烧结特性，大大促进了新材料的开发。 1996年，日本组织了产学官
3、联合的 SPS研讨会，并每年召开一次。 由于 SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了 SPS烧结系统，应用金属、陶瓷、复合材料及功能材料的制备，并利用 SPS进行新材料的开发和研究。 1998年瑞典购进 SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷登材料进行了较多的研究工作。 目前全世界共有 SPS装置 100多台。如日本东北大学、大阪大学、美国加利福尼亚大学、瑞典斯德哥尔摩大学、新加坡南洋理工大学等大学及科研机构相继购置了 SPS系统。 我国近几年也开展了利用 SPS技术制备新材料的研究工作，引进了数台 SPS烧结系统，主要用于纳米材料和陶瓷材料的烧结
4、合成。 最早在 1979年，我国钢铁研究总院自主研发制造了国内第一台电火花烧结机，用以批量生产金属陶瓷模具，产生了良好的社会经济效益。 2000年 6月武汉理工大学购置了国内首台 SPS装置（日本住友石炭矿业株式会社生产， SPS-1050）。 随后上海硅酸盐研究所、清华大学、北京工业大学和武汉大学等高校及科研机构也相继引进了 SPS装置，用来进行相关的科学研究。 SPS作为一种材料制备的全新技术，已引起了国内外的广泛重视。9.2 SPS合成技 术 原理9.2.1 等离子体烧结技术的概念1. 等离子体2. 等离子体是宇宙中物质存在的一种状态，是除固、液、气三态外物质的 第四种状态 。所谓等离子
5、体就是指电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，通常是由电子、离子、原子或自由基等粒子组成的集合体。 p处于等离子体状态的各种物质微粒具有较强的化学活性，在一定的条件下可获得较完全的化学反应。p之所以把等离子体视为物质的又一种基本存在形态，是因为它与固、液、气三态相比无论在组成上还是在性质上均有本质区别。即使与气体之间也有着明显的差异。 n 首先 ，气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。n 其二 ，组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在静电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力，并由此导致带电粒子群的种种特有的集体运动。n 第三 ，作为一个带电粒子系，等离子体的运动行为明显地会收到电磁场影响和约束。 需要说明的是，并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时，体系的性质才会从量变到质变，这样的 “ 电离气体 ” 才算转变成等离子体。 否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不过是互不相关的各部分的简单加和，而不具备作为物质的第四态的典型性和特征，仍属于气态。
