SPS放電等離子混合燒結系統（Spark Plasma Sintering）是一種集等離子活化、熱壓燒結、快速升/降溫于一體的先進材料制備技術，憑借“低溫快速燒結、晶粒細化、致密度高”的優勢，廣泛應用于陶瓷、金屬間化合物、復合材料等難燒結材料的制備。其核心技術圍繞等離子體活化機制、脈沖電流熱場調控、壓力-電流協同控制、智能化精準測控四大模塊展開，突破了傳統燒結技術的溫度高、時間長、晶粒粗大等瓶頸。

　　一、脈沖等離子體活化機制：突破燒結能壘

　　這是SPS系統區別于傳統熱壓燒結的核心技術。SPS通過向模具與樣品施加毫秒級直流脈沖電流，電流不僅通過石墨模具產生焦耳熱實現整體加熱，更會在樣品顆粒接觸點形成瞬間高壓放電，激發等離子體。等離子體具有較高的活性，可剝離顆粒表面的氧化膜與吸附雜質，凈化顆粒接觸界面；同時，等離子體產生的局部高溫與電場作用，能大幅降低顆粒間的擴散激活能，使原子在較低溫度下即可發生擴散與遷移。

　　與傳統燒結依賴高溫熱擴散不同，SPS的等離子體活化作用可使燒結溫度降低100~300℃，燒結時間縮短至傳統工藝的1/10~1/5。例如，氧化鋁陶瓷傳統燒結需1600℃保溫2小時，而SPS在1200℃下僅需5分鐘即可制備出致密度＞99%的陶瓷試樣，且晶粒尺寸細化至亞微米級，顯著提升材料力學性能。

　　二、脈沖電流熱場精準調控：實現均勻致密化

　　SPS放電等離子混合燒結系統的熱場調控核心在于脈沖電流的參數優化與梯度溫度設計。脈沖電流的通斷頻率（通常為1~100Hz）、電流密度可精準調節，通過控制脈沖占空比，既能實現快速升溫（升溫速率可達50~500℃/min），又能避免樣品局部過熱導致的晶粒異常長大。

　　石墨模具與樣品的焦耳熱效應存在差異，系統通過優化模具尺寸與電流分布，構建“模具-樣品”的梯度熱場，使熱量從模具均勻傳遞至樣品內部，消除傳統燒結的“表層先致密、內部后致密”的缺陷。同時，脈沖電流產生的電磁攪拌效應，可促進熔體或原子的均勻分布，尤其適用于金屬基復合材料的燒結，有效抑制界面反應過度發生，保障復合材料的界面結合強度。
 

　　三、壓力-電流協同控制技術：動態適配燒結進程

　　SPS系統的軸向壓力與脈沖電流并非獨立作用，而是通過閉環控制系統實現動態協同，精準匹配材料燒結的不同階段。在燒結初期，施加較低壓力（10~30MPa）與高電流密度，利用等離子體活化與快速升溫，促進顆粒重排與初步接觸；在燒結中期，提升壓力至30~80MPa，配合穩定電流，推動顆粒塑性變形與頸部生長，加速致密化進程；在燒結后期，降低電流密度并保持壓力，實現晶粒的緩慢生長與致密度進一步提升，避免過度燒結。

　　這種協同控制技術可有效抑制孔隙的形成與殘留，制備的材料致密度通常可達99%以上，且孔隙尺寸小、分布均勻。對于納米晶材料，壓力-電流協同作用還能有效抑制納米晶粒的長大，保留材料的納米特性，提升其力學、電學等性能。

　　四、智能化測控與真空氛圍保障：提升燒結穩定性

　　SPS系統的智能化核心在于多參數實時監測與閉環反饋。設備內置溫度、壓力、真空度傳感器，采集頻率達10Hz，通過PLC控制系統實時調節電流、壓力參數，確保燒結過程嚴格按照預設曲線進行。同時，系統配備真空機組，可將燒結腔室真空度控制在10?¹~10?³Pa，避免樣品在高溫下氧化，尤其適用于活性金屬（如鈦、鎂）與陶瓷的燒結。

　　部分高檔SPS系統還集成了在線監測模塊，可實時觀察樣品的收縮率變化，通過收縮率曲線判斷燒結致密化進程，實現燒結終點的智能判定，避免因保溫時間過長導致的性能劣化。

　　SPS放電等離子混合燒結系統的核心技術在于等離子體活化降低燒結能壘、脈沖電流精準調控熱場、壓力-電流協同促進致密化、智能化測控保障穩定性，四大技術協同作用，實現了難燒結材料的低溫快速、高性能制備，推動先進材料研發與產業化進程。