國內(nèi)外SPS的發(fā)展與應(yīng)用狀況

1988年日本研制出第yi臺工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣使用。1990年以后，日本推出了可用于工業(yè)生產(chǎn)的SPS第三代產(chǎn)品，具有10～100t 的燒結(jié)壓力和脈沖電流5000～8000A。近又研制出壓力達500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。由于SPS技術(shù)具有快速、低溫、gao效率等優(yōu)點，近幾年國外許多大學和科研機構(gòu)都相繼配備了SPS燒結(jié)系統(tǒng)，并利用SPS進行新材料的研究和開發(fā)[3]。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。1998年瑞典購進SPS燒結(jié)系統(tǒng)，對碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進行了較多的研究工作[4]。

國內(nèi)近三年也開展了用SPS技術(shù)制備新材料的研究工作[1,3]，引進了數(shù)臺SPS燒結(jié)系統(tǒng)，主要用來燒結(jié)納米材料和陶瓷材料[5～8]。SPS作為一種材料制備的全新技術(shù)，已引起了國內(nèi)外的廣泛重視。

梯度材料

梯度材料

功能梯度材料（FGM）的成分是梯度變化的，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用CVD、PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實現(xiàn)工業(yè)化。采用階梯狀的石磨模具，由于模具上、下兩端的電流密度不同，因此可以產(chǎn)生溫度梯度。利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場，只需要幾分鐘就可以燒結(jié)好成分配比不同的梯度材料。目前SPS成功制備的梯度材料有：不銹鋼/ZrO2；Ni/ZrO2；對SPS制備非晶合金、形狀記憶合金[21]、金剛石等也作了嘗試，取得了較好的結(jié)果。Al/高聚物；Al/植物纖維；PSZ/T等梯度材料。

粉末冶金成型技術(shù)

在自蔓延燃燒合成（SHS）中，電場具有較大ji活效應(yīng)和作用，特別是場ji活效應(yīng)可以使以前不能合成的材料也能成功合成，擴大了成分范圍，并能控制相的成分，不過得到的是多孔材料，還需要進一步加工提高致密度。利用類似于SHS電場ji活作用的SPS技術(shù)，對陶瓷、復(fù)合材料和梯度材料的合成和致密化同時進行，可得到65nm的納米晶，比SHS少了一道致密化工序[22]。SPS在材料制備中的應(yīng)用目前在國外，尤其是日本開展了較多用SPS制備新材料的研究，部分產(chǎn)品已投入生產(chǎn)。

粉末冶金成型技術(shù)納米材料

致密納米材料的制備越來越受到重視。利用傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等方法來制備納米材料時，很難保證能同時達到納米尺寸的晶粒和完全致密的要求。利用SPS技術(shù)，由于加熱速度快，燒結(jié)時間短，可顯著抑制晶粒粗化。例如：用平均粒度為5μm的TiN粉經(jīng)SPS燒結(jié)（1963K，196～382MPa，燒結(jié)5min），可得到平均晶粒65nm的TiN密實體[3]。（1）可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學和力學性能。文獻[3]中引用有關(guān)實例說明了SPS燒結(jié)中晶粒長大受到極大限度的抑制，所制得燒結(jié)體無疏松和明顯的晶粒長大。