納米硬質合金—放電等離子燒結

放電等離子燒結技術（Spark Plasma Sintering，SPS）是基於電火花燒結基礎上發展起來的一項新型燒結技術。它是等離子燒結中的一類，利用瞬間、間隙放電能並在加壓環境中進行燒結。而另一類則是在真空的環境中，利用5000-20000K的等離子火焰加熱無加壓燒結，被稱為熱等離子燒結。放電等離子燒結的基本原理是利用脈衝能、放電脈衝壓力和焦耳熱產生的瞬間高溫來實現燒結過程，通過瞬間產生的放電等離子被燒結體內部每個顆粒產生均勻的自身發熱並使顆粒表面活化。簡單來說，SPS技術就是在粉末顆粒間直接通入脈衝電流進行加熱燒結，因而在一些文獻上也會經常被稱為等離子活化燒結或離子輔助燒結技術。脈衝電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利於降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特徵，能使粉末快速燒結緻密。另外，由於升降溫的速率快、保溫時間短，有效地避免了表面擴散階段，阻礙了顆粒的長大，大大縮短了生產週期，提高了整體的效率。

通過與傳統真空燒結技術的對比，SPS燒結技術所製備的納米硬質合金晶粒度較細、緻密化程度更高、組織更為均勻、沒有明顯的孔隙缺陷。而真空燒結的樣品組織結構疏鬆、顆粒間留有大量孔隙，晶粒長大的現象較為明顯。從緻密度上看，真空燒結達到完全緻密的燒結溫度比放電等離子燒結技術高近300℃，燒結時間也長近6h，且在SPS燒結過程中樣品緻密化程度並沒有發生超過某一最佳燒結溫度，緻密化程度反而下降的情況。這是由於在SPS燒結過程中並沒有出現Co相的揮發，樣品緻密化一直隨著燒結溫度的升高而增加。從硬度上看，SPS燒結後的樣品洛氏硬度和顯微硬度都明顯高於傳統真空燒結的樣品。這是由於真空燒結的熱源在樣品外部，熱傳導過程是由外向內的，表面首先達到燒結溫度，但是內部的熱量還未得到有效的傳導，存在一定的孔隙，難以達到完全緻密。而SPS燒結過程中，放電等離子的存在使得燒結體內部的每個顆粒自身均勻發熱，顆粒表面原子處於活化狀態，整個緻密化過程一起進行的，沒有緻密化先後的問題存在。

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