纳米硬质合金—放电等离子烧结

放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering，SPS）是基于电火花烧结基础上发展起来的一项新型烧结技术。它是等离子烧结中的一类，利用瞬间、间隙放电能并在加压环境中进行烧结。而另一类则是在真空的环境中，利用5000-20000K的等离子火焰加热无加压烧结，被称为热等离子烧结。放电等离子烧结的基本原理是利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温来实现烧结过程，通过瞬间产生的放电等离子被烧结体内部每个颗粒产生均匀的自身发热并使颗粒表面活化。简单来说，SPS技术就是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结，因而在一些文献上也会经常被称为等离子活化烧结或离子辅助烧结技术。脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。另外，由于升降温的速率快、保温时间短，有效地避免了表面扩散阶段，阻碍了颗粒的长大，大大缩短了生产周期，提高了整体的效率。

通过与传统真空烧结技术的对比，SPS烧结技术所制备的纳米硬质合金晶粒度较细、致密化程度更高、组织更为均匀、没有明显的孔隙缺陷。而真空烧结的样品组织结构疏松、颗粒间留有大量孔隙，晶粒长大的现象较为明显。从致密度上看，真空烧结达到完全致密的烧结温度比放电等离子烧结技术高近300℃，烧结时间也长近6h，且在SPS烧结过程中样品致密化程度并没有发生超过某一最佳烧结温度，致密化程度反而下降的情况。这是由于在SPS烧结过程中并没有出现Co相的挥发，样品致密化一直随着烧结温度的升高而增加。从硬度上看，SPS烧结后的样品洛氏硬度和显微硬度都明显高于传统真空烧结的样品。这是由于真空烧结的热源在样品外部，热传导过程是由外向内的，表面首先达到烧结温度，但是内部的热量还未得到有效的传导，存在一定的孔隙，难以达到完全致密。而SPS烧结过程中，放电等离子的存在使得烧结体内部的每个颗粒自身均匀发热，颗粒表面原子处于活化状态，整个致密化过程一起进行的，没有致密化先后的问题存在。