放電等離子體熱壓燒結
放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS)工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質制成的模具內，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，經放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新的粉末冶金燒結技術。放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結致密。
優(yōu)點：升溫速度快、燒結時間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高，并且有著操作簡單、再現(xiàn)性高、安全可靠、節(jié)省空間、節(jié)省能源及成本低等
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SPS
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型號 |
SPS-15T-150 |
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原理 |
SPS技術是通過將特殊電源控制裝置發(fā)生的ON-OFF直流脈沖電壓加到粉體試料上，除了能利用通常放電加工所引起的燒結促進作用（放電沖擊壓力和焦耳加熱）外，還有效利用脈沖放電初期粉體間產生的火花放電現(xiàn)象（瞬間產生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結技術。 |
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優(yōu)點 |
1、腔體空間大，操作方便。 2、上下壓頭有熱電偶檢測溫度，如有異常，用戶會立即觀察到，關閉設備，保護設備免受損傷。 3、紅外測溫儀從爐頂測溫，比側面測溫更精準。 4、水路系統(tǒng)做了水溫檢測、水壓監(jiān)測，如有異常會報警并自動切斷加熱。 5、安裝有防爆系統(tǒng)，當腔體內壓力超過設定壓力會報警并切斷加熱。 6、具有超溫、超壓、過流、欠壓、斷偶保護和顯示等。 |
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功率 |
152KW（電源150KW+機械泵1.1KW+其他） |
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壓頭直徑 |
100（mm） |
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外形尺寸 |
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電源電壓 |
三相 380V |
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SPS電源
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功率 |
150KVA |
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| 輸入電壓 |
三相五線制AC380V/50Hz |
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| 輸出電流（瞬間） |
DC 0-15000A |
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| 輸出電壓（瞬間） |
DC 0-10 V（矩形波峰值） |
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脈沖參數(shù) |
開通時間：1-255 ms 關斷時間：1-255 ms 脈沖個數(shù)：1-255 ms 休止時間：3-255 ms |
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控制系統(tǒng)
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控制系統(tǒng)由PLC程序加觸摸屏組成，觸摸屏中內置本公司自主研發(fā)的控制系統(tǒng) 所有的操作都集成到觸摸屏中，人機交互界面友好，一鍵操作，簡單方便。
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腔體真空度（分子泵機組） |
< 6X10 -4Pa |
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腔體充氣壓力 |
< 0.05MPa |
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升壓率 |
<4Pa/小時 |
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腔體內室圖 |
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斷偶保護和顯示 |
有 |
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過溫保護 |
有 |
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過流保護 |
有 |
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欠壓保護（水壓） |
有 |
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控溫模式 |
智能PID |
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控溫精度 |
±1℃ |
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溫度檢測方式 |
鎢錸熱電偶和紅外測溫儀 鎢錸熱電偶測溫范圍0~1800℃ 進口紅外測溫儀，測溫范圍（500~3200℃） |
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觀察窗尺寸 |
有 |
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加壓系統(tǒng)
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采用電動輸入方式。由液壓站配有進口比例閥、調節(jié)電位器、壓力傳感器、位移顯示器采用光柵尺（測距精度0.02mm）、液壓缸等相關液壓裝置，壓力調節(jié)手動自動可切換、可通過手動調節(jié)?？赏ㄟ^觸摸屏設定自動調節(jié)壓力，并能實現(xiàn)穩(wěn)壓、保壓。
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| 控溫方式 |
采用歐陸3504程序控溫儀表 1、高精度的溫度儀表，LCD液晶顯示屏，5位數(shù)值顯示，通過快速設置配置簡單，C/F單位切換 2、500段程序控溫，8組PID智能調節(jié)。 3、具有過溫保護 斷偶保護，過溫或斷偶時電爐加熱電路自動切斷,，（當電爐溫度超過1820度或熱電偶燒斷時，主電路上的交流繼電器會自動斷開，主電路斷開，面板上ON燈熄滅，OFF燈亮，有限的保護電爐）。 4、支持各種通訊接口 Modbus, Ethernet, Profibus，Devicenet，可以與任意PLC或上位系統(tǒng)集成 5、具有斷電保護功能，即斷電后再給電啟動爐子時、程序不是從起始溫度開始升、而是從斷電時爐溫開始升。 6、儀表具有溫度自整定的功能 |
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| 石墨模具 |
1、高溫模具單元由高純石墨制成，最大工作壓強50MPa 2、請認真設計高溫模具的尺寸，選擇正確的壓力。 |
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| 壓力控制 | PID程序控制 | ||||
| 壓頭行程 | 100mm | ||||
| 加壓壓力精度 | ±1Kg | ||||
| 最大壓力 | 15T | ||||
| 水路系統(tǒng) |
由管道等相關裝置組成。冷卻水總管進入后，經過各支管送到爐體、爐蓋、爐底、水冷電極等需要冷卻水的地方，然后匯總到水管排出。冷卻水循環(huán)水管采用耐高溫橡膠管連接?？傔M水管上設有電接點壓力表，當水壓低于0.2MPa時，自動切斷加熱?？偝鏊苌习惭b有溫度傳感器，當溫度高于45℃時，自動切斷加熱
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真空機組
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機組輸入電壓 |
380V /220V |
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波紋管 |
KF40X1000 |
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真空擋板閥 |
KF40 |
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BSV30
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功率 |
1.1KW |
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電壓 |
380V |
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轉速 |
1450rpm |
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進氣口徑 |
KF25/KF40 |
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前機泵抽氣速率（L/S） |
8 |
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極限壓強 |
5×10 -1Pa |
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復合真空計 |
復合真空計型號 |
ZDF |
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電源 |
220V 55W |
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控制精度 |
± 1% |
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真空計測量范圍 |
10-5 -10 5 Pa |
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二級泵 為分子泵
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分子泵 （可以把腔體真空度抽到6X10E-4Pa）
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分子泵型號 |
FJ620 |
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輸入電壓 |
220V |
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分子泵進氣口法蘭 |
DN160 |
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分子泵抽氣速率L/S（對空氣） |
600 |
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分子泵極限壓強（Pa) |
6×10-7 |
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冷卻方式 |
水冷 |
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冷卻水壓（MPa） |
0.1-0.2 |
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冷卻水溫度 |
<25℃ |
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環(huán)境溫度 |
0~40℃ |
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建議啟動壓強 |
<10Pa |
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二級泵為擴散泵
（選購） |
擴散泵 可以把腔體真空度抽到5X10E-3Pa） |
電壓 |
220V |
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功率 |
1000W |
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極限真空度（在無泄露時） |
10E-5Pa |
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進氣接口 |
DN150 |
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出氣接口 |
DN40 |
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注入油量 |
0.3L |
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抽氣速率（N2） |
1000L/S |
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水冷機（選購） HZ-08A |
電源 |
3PH-380V/50HZ |
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輸入總功率 |
12KW |
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最大揚程 |
50M |
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冷凍水量 |
3.7m3/h |
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水箱容量 |
130L |
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制冷量 |
18.3×103Kcal/h |
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出入水口 |
Rp1/2’’ |
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機器尺寸 |
1335×730×1415(長X寬X高) |
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1、什么是放電等離子體
放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering)簡稱SPS，是近年來發(fā)展起來的一種新型的快速燒結技術。該技術是在粉末顆粒間直接通入脈沖電流進行加熱燒結，因此有時也被稱為等離子活化燒結(Plasma Activated Sintering, PAS)或等離子體輔助燒結（Plasma Assister Sintering, PAS）。該技術是通過將特殊電源控制裝置發(fā)生的ON-OFF直流脈沖電壓加到粉體試料上，除了能利用通常放電加工所引起的燒結促進作用（放電沖擊壓力和焦耳加熱）外，還有效利用脈沖放電初期粉體間產生的火花放電現(xiàn)象（瞬間產生高溫等離子體）所引起的燒結促進作用通過瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結技術。
2、放電等離子體優(yōu)點
放電等離子體燒結由于強脈沖電流加在粉末顆粒間，因此可產生諸多有利于快速燒結的效應。其相比常規(guī)燒結技術，放電等離子體燒結融等離子活化、熱壓、電阻加熱為一體，升溫速度快、燒結時間短、燒結溫度低、晶粒均勻、有利于控制燒結體的細微結構、獲得材料的致密度高，并且有著操作簡單、再現(xiàn)性高、安全可靠、節(jié)省空間、節(jié)省能源及成本低等優(yōu)點。
3、放電等離子體燒結的原理
SPS燒結機理目前還沒有達成較為統(tǒng)一的認識，其燒結的中間過程還有待于進一步研究。SPS的制造商Sumitomo公司的M.Tokita最早提出放電等離子燒結的觀點，他認為：粉末顆粒微區(qū)還存在電場誘導的正負極，在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離子體，由放電產生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分，使物質產生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用，電能貯存在顆粒團的介電層中，介電層發(fā)生間歇式快速放電，在粉末顆粒未接觸部位產生自發(fā)熱。
目前一般認為，SPS與熱壓(HP)有相似之處，但加熱方式完全不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散作用。在SPS燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻的自身產生焦耳熱并使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法(SHS)和微波燒結法類似，SPS是有效利用粉末內部的自身發(fā)熱作用而進行燒結的。SPS燒結過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。除加熱和加壓這兩個促進燒結的因素外，在SPS技術中，顆粒間的有效放電可產生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質（如去處表面氧化物等）和吸附的氣體。
4、放電等立體燒結工藝
在進行具體的SPS實驗操作時，將試樣裝入石墨模具中，模具置于上下電極之間，通過油壓系統(tǒng)加壓，然后對腔體抽真空，達到要求的真空度后通入脈沖電流進行實驗。脈沖大電流直接施加于導電模具和樣品上，通過樣品及間隙的部分電流激活晶粒表面，在孔隙間局部放電，產生等離子體，粉末顆粒表面被活化、發(fā)熱，同時，通過模具的部分電流加熱模具，使模具開始對試樣傳熱，試樣溫度升高，開始收縮，產生一定的密度，并隨著溫度的升高而增大，直至達到燒結溫度后收縮結束，致密度達到最大。
5、放電等離子體燒結的應用
由于SPS獨特的燒結機理，SPS技術具有升溫速度快、燒結溫度低、燒結時間短、節(jié)能環(huán)保等特點，SPS技術已廣泛應用于納米材料、梯度功能材料、金屬材料、磁性材料、復合材料、陶瓷等材料的制備
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名稱 |
廠家 |
數(shù)量 |
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爐體 |
博蘊通 |
1臺 |
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電控柜 |
博蘊通 |
1臺 |
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分子泵 |
中科科儀 |
1臺 |
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高真空閥門 |
川北真空 |
3套 |
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機械泵 |
鮑斯真空 |
1臺 |
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PLC模塊 |
博蘊通 |
1套 |
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觸摸屏 |
昆侖通態(tài) |
1臺 |
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復合真空計 |
成都瑞寶 |
1臺 |
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電阻規(guī) |
成都瑞寶 |
1臺 |
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電離規(guī) |
成都瑞寶 |
1臺 |
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水路系統(tǒng) |
南京博蘊通 |
1套 |
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氣路系統(tǒng) |
南京博蘊通 |
1套 |
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脈沖電源 |
南京博蘊通 |
1臺 |
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波紋管（KF40*1000，含配套卡箍卡套） |
南京博蘊通 |
1根 |
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碳氈 |
南京博蘊通 |
1塊 |
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石墨模具（含上下石墨壓頭，墊片，壓柱，壓柱分帶孔、不帶孔） |
南京博蘊通 |
1套 |
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空壓機（配氣管，接頭，8變6變頭） |
南京博蘊通 |
1臺 |
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冷水機（選配） |
南京博蘊通 |
1臺 |
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冷水機的水管 |
南京博蘊通 |
2根 |
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水管接頭（內有密封圈） |
南京博蘊通 |
2個 |
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生料帶 |
南京博蘊通 |
2卷 |
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鎢錸熱電偶（可彎曲，已安裝） |
南京博蘊通 |
1根 |
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K型熱電偶（已安裝） |
南京博蘊通 |
2根 |
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說明書 |
南京博蘊通 |
1本 |
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紅外測溫儀（選配） |
日本千野 |
1臺 |
