SPS壓(ya)力燒結爐，全稱(cheng)為(wei)放(fang)電(dian)等離(li)子燒結爐（Spark Plasma Sintering Furnace），是(shi)壹(yi)種先(xian)進(jin)的(de)材(cai)料(liao)制備技術設備，廣泛應用(yong)於(yu)物(wu)理學(xue)、材(cai)料(liao)科學(xue)、航空(kong)航天等領(ling)域。是(shi)利(li)用(yong)脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)通過(guo)粉(fen)末(mo)顆(ke)粒(li)時(shi)產生的(de)放(fang)電(dian)等離(li)子體，實(shi)現材(cai)料(liao)的快(kuai)速(su)燒結。當(dang)脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)通過(guo)粉(fen)末(mo)顆(ke)粒(li)時(shi)，顆(ke)粒(li)之間(jian)的(de)氣隙(xi)會發(fa)生電(dian)火(huo)花(hua)放(fang)電(dian)，產生高(gao)溫(wen)等離(li)子體。這(zhe)些(xie)等離(li)子體中(zhong)的(de)活性粒(li)子具(ju)有高(gao)的(de)能量(liang)，能夠(gou)促(cu)進粉(fen)末(mo)顆(ke)粒(li)表面的(de)氧(yang)化膜(mo)分解，提(ti)高(gao)粉(fen)末(mo)表面的(de)活(huo)性，並(bing)促(cu)進顆(ke)粒(li)間(jian)的(de)接觸(chu)和粘結。在放(fang)電(dian)等離(li)子體的(de)高(gao)溫(wen)作用(yong)下(xia)，粉(fen)末(mo)顆(ke)粒(li)表面迅(xun)速(su)升(sheng)溫，達到燒結溫度，進而(er)在(zai)外部壓(ya)力的(de)作用(yong)下(xia)形成緊(jin)密(mi)的(de)燒結體。

　　SPS壓(ya)力燒結爐是(shi)壹(yi)種復雜的設(she)備，其結構(gou)主要包(bao)括以下(xia)部(bu)分(fen)：

　　壹、真(zhen)空(kong)系(xi)統(tong)

　　真(zhen)空(kong)腔室

　　這(zhe)是(shi)壹(yi)個(ge)密(mi)封(feng)的(de)空間，用(yong)於(yu)放(fang)置待(dai)燒結的樣品(pin)。它(ta)能夠(gou)承受壹定(ding)的(de)壓力和溫度變(bian)化，通常(chang)采(cai)用(yong)不銹鋼等高(gao)強(qiang)度材(cai)料(liao)制成(cheng)。真(zhen)空(kong)腔室的(de)形狀(zhuang)和尺寸(cun)根(gen)據(ju)不同(tong)的(de)應用(yong)需(xu)求和樣品(pin)大(da)小(xiao)而(er)有所不同(tong)，常(chang)見的有(you)圓柱(zhu)形和矩形等形狀(zhuang)。

　　腔室內壁(bi)需(xu)要(yao)進行特殊的處(chu)理(li)，如(ru)拋(pao)光和清潔(jie)，以(yi)減少(shao)雜質的(de)吸附和氣體(ti)的釋放(fang)，保證(zheng)燒結過(guo)程(cheng)的純(chun)凈(jing)性(xing)。

　　真(zhen)空(kong)泵(beng)

　　用(yong)於(yu)抽(chou)出(chu)真(zhen)空(kong)腔室內的(de)空氣和其他(ta)氣體(ti)，達到所需(xu)的(de)真空度。壹般(ban)采(cai)用(yong)機(ji)械(xie)泵(beng)和分子泵(beng)的組(zu)合。機(ji)械(xie)泵(beng)能夠(gou)快(kuai)速地將腔室(shi)內的氣壓(ya)降低到壹定(ding)程(cheng)度，而分(fen)子泵(beng)則(ze)可以在(zai)高(gao)真(zhen)空區(qu)域進壹步(bu)降低氣壓(ya)，使腔室(shi)內(nei)的真(zhen)空(kong)度達到較高(gao)的(de)水(shui)平，通常(chang)可以達到10⁻³-10⁻⁵Pa甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)的(de)真空度。

　　二、加壓(ya)系(xi)統(tong)

　　壓(ya)力裝(zhuang)置

　　包(bao)括上(shang)下(xia)壓(ya)頭(tou)和壓力傳(chuan)感(gan)器(qi)。上(shang)下(xia)壓(ya)頭(tou)通常(chang)采(cai)用(yong)高(gao)強(qiang)度的材(cai)料(liao)制成(cheng)，如(ru)硬(ying)質合金或高(gao)速(su)鋼等，它們(men)能夠(gou)在(zai)燒結過(guo)程(cheng)中對樣品(pin)施(shi)加(jia)壓力。壓(ya)力的(de)大小(xiao)可以通過(guo)壓(ya)力傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)實時(shi)監(jian)測(ce)和控(kong)制(zhi)，壓(ya)力範(fan)圍壹般(ban)在幾噸(dun)到(dao)幾十(shi)噸(dun)不等。

　　有些先進(jin)的(de)SPS壓力燒結爐還(hai)配(pei)備了自動調平裝置，可以確(que)保上(shang)下(xia)壓(ya)頭(tou)在加(jia)壓(ya)過(guo)程(cheng)中始(shi)終(zhong)保持平行，保(bao)證(zheng)樣品(pin)受(shou)壓(ya)的均勻(yun)性(xing)。

　　位移傳(chuan)感(gan)器(qi)

　　用(yong)於(yu)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)上(shang)下(xia)壓(ya)頭(tou)的位(wei)移變(bian)化，從(cong)而(er)計(ji)算(suan)出(chu)樣品(pin)在(zai)燒結過(guo)程(cheng)中的(de)收(shou)縮量(liang)和密度變(bian)化。位(wei)移傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)精(jing)度通常(chang)可以達到微米級(ji)別，這對於(yu)控(kong)制(zhi)樣品(pin)的(de)尺寸(cun)和密度非常(chang)重(zhong)要。

　　三、加熱系(xi)統(tong)

　　脈(mai)沖(chong)電(dian)源(yuan)

　　是(shi)SPS燒結爐的(de)核(he)心(xin)部件(jian)之壹(yi)，它(ta)能夠(gou)提(ti)供高(gao)能量(liang)的(de)脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)。脈(mai)沖(chong)電(dian)源(yuan)通過(guo)調節脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)的大(da)小(xiao)、寬(kuan)度和頻率(lv)來控(kong)制(zhi)燒結過(guo)程(cheng)中的(de)加(jia)熱速率(lv)和溫度。壹般(ban)來說(shuo)，脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)的強(qiang)度可以達到數千(qian)安(an)培(pei)甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)，脈(mai)沖(chong)寬度在幾微(wei)秒(miao)到幾毫(hao)秒(miao)之間(jian)，頻(pin)率(lv)可以從(cong)幾十(shi)赫(he)茲到幾百赫(he)茲不等。

　　加熱元件(jian)

　　通常(chang)采(cai)用(yong)石(shi)墨(mo)作(zuo)為(wei)加熱元件(jian)，因為(wei)石墨具(ju)有良好的導(dao)電(dian)性和耐高(gao)溫(wen)性能。石墨加(jia)熱元件(jian)圍繞(rao)在(zai)真(zhen)空(kong)腔室(shi)的周(zhou)圍(wei)，當(dang)脈(mai)沖(chong)電(dian)流(liu)通過(guo)石(shi)墨時(shi)，會(hui)產生焦(jiao)耳熱，從(cong)而(er)使(shi)腔(qiang)室(shi)內的溫度升(sheng)高(gao)。加(jia)熱元件(jian)的設計(ji)需(xu)要(yao)考慮(lv)其與樣品(pin)之間(jian)的(de)熱傳(chuan)遞效率(lv)和溫度均勻(yun)性(xing)。

　　隔(ge)熱材(cai)料(liao)

　　為(wei)了減少(shao)熱量(liang)的(de)損失和防止(zhi)腔(qiang)室外部部(bu)件(jian)過(guo)熱，在加熱元件(jian)與真空(kong)腔室之間(jian)以(yi)及(ji)腔(qiang)室(shi)與外部之間(jian)會(hui)設(she)置隔(ge)熱材(cai)料(liao)。常(chang)用(yong)的(de)隔(ge)熱材(cai)料(liao)有碳纖(xian)維氈(zhan)、陶瓷(ci)纖維棉等，這些材(cai)料(liao)具(ju)有較低的熱導(dao)率(lv)和良好的耐(nai)高(gao)溫(wen)性能。

　　四、控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)

　　溫(wen)度控(kong)制(zhi)單元

　　主要功能是(shi)通過(guo)熱電(dian)偶等溫度傳(chuan)感(gan)器(qi)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)樣品(pin)的(de)溫(wen)度，並(bing)根(gen)據(ju)設定(ding)的(de)溫度曲線(xian)來(lai)調節脈(mai)沖(chong)電(dian)源(yuan)的輸(shu)出參(can)數，以(yi)實(shi)現對樣品(pin)燒結溫度的精(jing)確(que)控(kong)制(zhi)。溫(wen)度控(kong)制(zhi)單元通常(chang)采(cai)用(yong)PID（比(bi)例(li)-積(ji)分-微分）反饋(kui)控(kong)制(zhi)算(suan)法(fa)，控(kong)制(zhi)精(jing)度可以達到±1-2℃。

　　壓力控(kong)制(zhi)單元

　　根(gen)據(ju)設定(ding)的(de)壓力曲(qu)線和位移傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)反(fan)饋信(xin)號，調節壓力裝(zhuang)置的(de)輸(shu)出壓(ya)力，確(que)保樣品(pin)在(zai)燒結過(guo)程(cheng)中受(shou)到(dao)恒定(ding)或變(bian)化的(de)壓力。壓(ya)力控(kong)制(zhi)單元還(hai)可以設(she)置壓(ya)力保(bao)護(hu)功能，當(dang)壓(ya)力超(chao)過(guo)設(she)定(ding)的(de)最(zui)大(da)值時(shi)，會(hui)自(zi)動(dong)停止(zhi)加壓，以(yi)防(fang)止設備損壞和樣品(pin)變(bian)形過(guo)大(da)。

　　操作界面(mian)

　　包(bao)括觸(chu)摸屏(ping)、按鈕和顯(xian)示(shi)屏(ping)等部件，用(yong)於(yu)用(yong)戶(hu)設(she)置燒結工藝(yi)參(can)數、啟(qi)動(dong)和停止(zhi)燒結過(guo)程(cheng)、實時(shi)顯(xian)示(shi)溫(wen)度、壓力、位(wei)移等數據(ju)以(yi)及(ji)設(she)備的運(yun)行狀(zhuang)態等信(xin)息。操(cao)作(zuo)界面(mian)應該(gai)簡(jian)潔(jie)明(ming)了、易於(yu)操(cao)作(zuo)，方(fang)便(bian)用(yong)戶(hu)進(jin)行(xing)各種工(gong)藝(yi)參(can)數的(de)調整(zheng)和監控(kong)。