等离子烧结技术教程文件.pptx

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1、哈尔滨工程大学结构功能一体化材料研究所材料合成制备技术等离子体烧结合成技术序---等离子体放电等离子体烧结合成技术等离子体技术发展等离子体烧结原理等离子体烧结工艺等离子烧结技术的应用等离子体技术发展等离子体：当物质的温度从低到高变化时，物质将逐次经历固体、液体和气体三种状态，当温度进一步升高时，气体中的原子、分子将出现电离状态，形成电子、离子组成的体系，这种有大量带电粒子（有时还有中心离子）组成的体系即为等离子体。等离子体是物质纯在的第4种状态，称为物质第四态。等离子体技术发展等离子体英文词“Plasm

2、a”源予希腊文“πλασμα”，是1928年朗缪尔把辉光放电产生的电离气体命名为“Plasma”而引入的；中文译词“等离子体”（台湾称“电浆”）其本意是电离状态气体正负电荷大体相等，整体上处于电中性（准电中性）；19世纪30年代气体放电管中电离气体的应用研究；20世纪30年代到50年代初初步建立了等离子体物理的基本理论框架和描述方法，同时把研究范围从电离气体、金属中电子气拓展到电离层和天体；20世纪50年代起，在热聚变研究和空间技术研究的巨大推动下，等离子体物理才得到充分的发展并成熟起来；20世纪70年

3、代末成为物理学界公认的一门新的物理学独立分支学科。等离子体技术发展放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式等离子体电离气体普通气体等离子体放电等离子体定义必须指出，并非任何带电粒子组成的体系都是等离子体，只有具备了等离子体特性的带电粒子体系，才可称为等离子体。等离子体是由大量正负带电粒子组成的(有时还有中性粒子)、在空间尺度和时间尺度具有准电中性的、在电磁场及其他长程力作用下粒子的运动和行为以集体效应为主的体系。等离子体技术发展等离子体技术发展---分类电子温度100000C1eV聚变、太阳核心高温

4、等离子体冷等离子体Te≠Ti,Ta热等离子体Te＝Ti,Ta电弧、碘钨灯极光、日光灯低温等离子体等离子体技术发展电子温度和离子温度相等时，等离子体在宏观上处于热力学平衡状态，因体系温度可达上万度，故称为高温等离子体。低温等离子体电子温度>>离子温度，电子温度可达上万度，而离子和中性粒子的温度却可低至室温，因此，整个体系的表观温度还是很低，故又称为低温等离子体。高温等离子体等离子体技术发展--应用日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结

5、、冶炼、加热、有害物处理高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹等离子体技术发展低温冷等离子体形成方法真空条件下直流辉光放电真空条件下的射频辉光放电真空条件下的微波等离子体电晕放电大气等离子体炬大气条件下的介质层放电等离子体烧结原理烧结原理放电等离子体烧结（SparkPlasmaSintering）简称SPS，是一种快速粉末烧结方式。它利用脉冲电流加热烧结，具有加热均匀、升温速度快、烧结温度低、致密度高等特点，适用于纳米材料、梯度功能材料、金属材料、复合

6、材料、陶瓷材料等材料的烧结。致密化等离子体烧结原理等离子体烧结技术（SPS）是通过将特殊电源控制装置发生的ON-OFF直流脉冲电压加到粉体试料上，除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（瞬间产生高温等离子体）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术，简称SPS技术，也称等离子活化烧结（PAS）、等离子体辅助烧结（PAS）。等离子体烧结原理15在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结等离子活化烧结(Plasm

7、aActivatedSinteriny,PAS)等离子体辅助烧结（PlasmaAssisterSinteriny,PAS）放电等离子烧结（SPS）技术等离子体烧结原理SPS烧结机理目前还没有达成较为统一的认识，其烧结的中间过程还有待于进一步研究；SPS的制造商Sumitomo公司的M.Tokita最早提出放电等离子烧结的观点，他认为：粉末颗粒微区还存在电场诱导的正负极，在脉冲电流作用下颗粒间发生放电，激发等离子体，由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分，使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用，电能贮存

8、在颗粒团的介电层中，介电层发生间歇式快速放电。等离子体烧结原理目前一般认为：SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外，还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压，并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用，因而产生了一些SPS过程特有的现象。放电等离子体形成的机理示意图等离子体烧结原理等离子体烧结原理第一，由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度