SPS简介及主要特点
SPS简介
SPS（Spark Plasma Sintering）放电等离子烧结系统是当今世界上最先进的烧结系统之一，是在两电极间施加脉冲电流和轴向压力进行粉末烧结致密化的一种 新型快速烧结技术。它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等 鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材 料、非晶块体材料、梯度材料等。此外，SPS 设备也为非常特殊的新型材料的制 造提供了可能，诸如可在晶粒无显著长大的状态下烧结出纳米材料，功能梯度 材料，复合材料，碳化钨，氮化硅，碳化硅或其他硬质材料，结构陶瓷和功能 陶瓷等。
SPS技术特点
由于SPS过程中施加直流脉冲电流产生放电效应而带来的一些特有现象，SPS技术具有以下几个特点：
可以快速升温，快速冷却，大幅缩短生产时间，降低生产成本（升温速率可达500℃/min）；
烧结温度低（与热压烧结相比，烧结温度可进一步降低）；
具有独特的净化、活化效应（消除粉末颗粒表面吸附气体，击穿氧化膜），轻松实现难烧结材料、多元素材料的烧结；
相比于传统烧结工艺，可以在更短的时间内得到组织性质更均匀、更致密、晶粒尺寸更小的材料；
相比于传统烧结工艺，可大幅节省电能。
无需粉末预成型，可以直接烧结成致密体。
（设备图示，以实际出货为准）
设备特点
该系列放电等离子烧结系统，充分考量了烧结工艺的自动化和操控性，烧结 温度，加压控制，电流控制等自动程控系统为设备的标准配置。
设备搭载了安全停机功能，当监控或侦测到设备水温异常、模具破损等突发 状况时设备将自动停机。
配备数据采集解析系统，可将决定烧结体产品品质的工艺参数，如烧结电压、 电流、控制温度、施加压力、位移、真空度、位移变化率、实测温度等物 理量进行保存和调用，以对产品生产工艺进行追踪。
设备采用了自主开发的脉冲变频 DC 电源，与传统的同等级别 SPS 相比，耗电量大幅降低，可真正有效地实现节能降耗环保型高品位的烧结生产。
采用前置开门式水冷真空烧结腔，工件上下机台、腔体内的施工作业、维护 维修等轻松便捷。
采用大型液晶触控操作面板，可随时自行对位移数据以及联动互锁等状态的显示、报警显示、报警履历、加压压力设定值等进行诊断和确认。
为避免设备各操作按钮或按键的误操作，设备搭载了安全联动互锁功能，即使新手上机也可放心使用。
应用领域
金属：Fe、Cu、Al、Au、Ag、Ni、Cr、Mo、Sn、Ti、W、Be;
陶瓷氧化物：AI2O3、Mulitex ZrO2、Mg、SiO2、TiO、HfO2;
碳化物：SiC、B4C、TaC、WC, ZrC, VC;
氮化物：Si3N4、TaN, TiN, AIN, ZrN, VN;
硼化物：TiB2、HfB2、LaB6、ZrB2、VB2；
氟化物:LiF、CaF2、MgF2;
金属陶瓷：Si3N4+Ni
AI2O3+Ni、ZrO2+Ni、AI2O3+Ti、SUS+WC/Co、BN+Fe、WC+Co +Fe ；
金属化合物：TiAl、MoSi2、Si3Zr5、NiAl、NbCo、NbAl、Sm2Co17；
主要技术参数
1、设备装料方式： 侧开门装料
2、加热功率： 30KW±10%（以实际为准）
3、最高温度： 2400℃（设计温度）
4、工作温度： 2300℃（以实际材料验收温度）（温度和升温速度与样品、模具大小决定）
5、控温精度： ±3℃
6、最快升温速率： ≥800℃/min 特定导电性能好的材料 （Φ15 mm样品）
7、样品直径： ≤Φ20mm
8、压头直径（外/内）： 60/45mm
9、石墨压头直径： 60mm
10、压头开放高度： 180mm
11、压头行程： 80mm
12、加热电压： 10V
13、加热电流： 3000A
14、导电率（IACS）： ≥95%
15、最大压力： 5T（压力可调）
16、炉体承受压力： ≥1MPa
17、加压方式： 单向加压，下加压
18、压力控制： 伺服液压
19、压力精度： ±0.3‰FS(FS 是全量程压力)
20、位移精度： ±0.005mm
21、极限真空度： 5Pa(空炉，冷态，经净化)
22、真空抽速：从大气压力抽至5 Pa≤20min
23、压升率： ≤ 2Pa/h(空炉，冷态，经净化)
24、测温方式： 顶部红外测温，侧面热电偶测温
25、红外测温仪：（测温范围600℃-2800℃）
26、控温及测温方式：HMI+PLC+PID程序控温
27、温度<800℃时K型热电偶插入模具接触式测温
28、温度>800℃时双色红外仪侧部非接触式测温
29、气氛系统： 高纯氩气或高纯氮气，充气压力≤0.02MPa（绝对压力，可调）
30、气压传感器： 气压范围-100KPa-100KPa
31、通讯接口： 设备配备“RJ45”网络接口，支持“PROFINET”或“MODBUSTCP”协议
32、冷却水要求： 水质按GB10067.1-88标准，压力0.2~0.4MPa，PH值7.0～8.5，悬浮物固体＜100mg/L，总硬度CaO＜10mg当量/L，溶解性固体＜30mg/L，电导率＜500μS/cm。
33、设备外形尺寸： 1350mm（W）X1360mm（D）X1650mm（H）
34、设备重量： 约1.0T
结构组成
SPS（Smini）设备主要由炉体、炉架、真空系统、充气装置、加压系统、水冷系统、脉冲直流电源、气动装置、电气控制系统等组成。
设备结构特征
炉体
炉体采用全不锈钢材料，双层水冷结构，内、外壁均为304且经精密抛光处理，内外壁之间通水冷却，确保炉壁温度低于55℃。炉体为卧式侧开门结构，便于物料装卸，炉门上设有观察窗、真空压力表、手动放气阀等。炉体下压头的密封采用可靠的金属波纹管密封。
炉架
炉架为支撑炉体及承受压力的结构件，由上下平台及支架构成，上下平台焊接后经消除应力后，经过严格加工使上下加压平台的中心安装孔具备良好的同心度。
真空系统
真空系统由直联泵、高真空阀、真空变送器、真空压力表、真空放气阀、油雾过滤器、真空管路等组成，并留有充气接口。为减少炉体振动，真空管道与泵的连接采用金属波纹管，真空度由真空变送器测量。
真空阀门设掉电保护和安全联锁，如设备突然断电，真空系统的各系统阀门自动调整为关闭状态，保护真空室。
所有真空管路均采用不锈钢或碳钢电镀制造。管路连接处采用金属波纹管连接，以隔绝直联泵的震动，防止将震动传递至真空加热室系统。
充气装置
充气装置（不含气体干燥、气体过滤及尾气处理系统）主要由充气阀、浮子流量计、充气管道等组成，用于工艺所需充氮气、氩气的气氛要求，最大充气压力≤0.02MPa（微正压、表压）。
所有气路管道均采用SUS304材质
进气管道采用浮子流量计控制。
加压系统
加压系统为液压单向下加压，加压压力为最大5T（可调），加压行程为80mm。
压机由四立柱及上下横梁组成，单向下加压，加压油缸固定在横梁上，炉体支撑在炉架上，并与下横梁进行固定，横梁经过严格机械加工，保证下压头的加压精度。压头的密封采用焊接波纹管密封，密封可靠、使用寿命长。压头位移由位移传感器测得，采用光栅尺测距，测量误差±0.005mm，加压压力由载荷传感器测量。
下水冷压头全部采用特殊水冷结构形式，材料为不锈钢，具有水冷效果好，反复加压工作不变形、使用寿命长、移动过程泄漏小等优点。
下石墨压头采用等静压石墨制造，抗压强度高，不易损坏。
加压系统由伺服液压站、加压油缸、载荷传感器、加压位移传感器等组成，并由电磁阀通过控制系统进行控制，位移传感器采用光栅尺。可通过手动调节加压压力，也可自动调节加压压力，进而实现稳压、保压。
水冷系统
系统由集成式进水组件（不锈钢管）、集成式回水组件（不锈钢管）、球阀、优质橡胶管及接头等组成。回水方式采用封闭式，在关键回路如电极上设置了水温水流量传感器，水温过高或水流量不足时及时报警并停止加热。
进水主管路上设有电接点压力表，当水压不足时提供信号给控制系统，然后由控制系统判断报警，启动备用水源系统或切断电源。
水路特点：
所有水路金属管道均采用SUS304材质，确保不生锈；其他辅助水路管道采用高压防爆管道。确保水路安全；
关键管路设置有水流量传感器和水温传感器和报警装置，水流量过低报警，水超温报警，及时发现安全隐患。进水路欠水压与加热PLC互锁，水压低时，报警并停止加热。
使用方须做好备用水源及UPS电源。主电路停电可立即切换至UPS电源，给水泵供电，冷却水源循环，确保炉体安全。
脉冲直流电源
脉冲直流电源：采用IGBT为数字功率模块，超微晶软磁合金材料为变压器铁芯，配有电压、电流自动反馈，系统故障诊断保护功能。
采用高频率大功率的IGBT模块，使电流瞬间增加到几千或者上万安培，保证粉末快速烧结致密。
独有的专利技术保证大电流在连续输出的过程中稳定，纹波电流≤1%
毫秒级别的通断时间可显著抑制晶粒粗化，使被加工件能同时保证达到纳米尺寸的晶粒和完全致密的要求。
重要器件选用进口知名品牌，在使用寿命及输出稳定性达到工业级水准。
气动装置
由气动三联件（除水器、压力表、油雾器）、电磁换向阀，管道和产气量为0.6m3/min的空压机等组成。可对气动执行元件（如气缸、充气阀、真空阀门等）提供洁净的压缩空气，确保气动原件运行稳定可靠，管路走向整洁美观。
电气控制系统
电气控制系统：全自动 PLC+触摸屏系统，可以手动、自动切换。
电源控制系统软件介绍： 有以下特点：
源控制具有手动和自动两种控制方式，手动和自动都可以在触摸屏上控制，操作方便、系统稳定，具有误操作提示报警功能。
温控系统：全自动 PLC+触摸屏系统，可以手动、自动切换，采用热电偶和控温仪表控制电源的输出从而控制模具的温度，触摸电脑自动记录烧结过程及历史曲线。配备 PLC 控制器（西门子/欧姆龙），具有 PID 及超温报警功能，能储存和输出记录，清晰反应炉子工作状况。
控制系统软件由我公司自行开发，人机界面操作系统，画面友好，操作简单，响应速度快，可对炉内工况进行实时监测，系统稳定可靠。
本设备可自动采集温度曲线、真空度曲线和烧结时间等曲线，对各个工艺参数（温度、真空度）实现动态显示，方便用户根据历史曲线分析烧结工艺。
通讯接口丰富，如 RS485、LAN、USB 等，易于和其它设备 组网应用。软件控制界面形象化，能够动态显示工作流程，方便直观。
控制系统上设有过流、超温及断水等分类报警功能，电器元件采用施耐德、 LG等一流品牌，产品品质有保证。电控柜按照西门子标准制作，所有的仪表及控制元件集中到一个电控柜内。
软件终身免费升级。
温度的控制也可通过数显温度程序控制仪根据用户设定的工艺曲线，实行自动控制温度，并具有PID自整定功能，也可根据用户需要手动控制温度。
安全保护系统
电气联锁保护系统；
保险丝；
电热过电流保护装置。
整机要求
1、电力需求： 380V，50KVA，50Hz
2、起重设备： ≥2吨
3、水源：
耗量： 8m3/h
水压： 0.2~0.4Mpa
进水水温： ≤28℃
4、压缩空气气源：
耗量： ~3L/s
压力： ≥0.6Mpa