江濤　陳燕　黃鵬　楊鴿　盧永潔　丁一明

摘要：放電等離子燒結技術由于燒結速度快，燒結效率高，可以實現(xiàn)快速成型工藝，所以放電等離子燒結技術在工程領域中得到了廣泛的應用。放電等離子燒結工藝可選擇的材料種類比較廣泛，適用面也比較廣泛。放電等離子燒結技術廣泛應用在材料科學與工程領域中。本文主要講述放電等離子燒結技術的原理和工程應用，并講述放電等離子燒結技術在材料科學與工程專業(yè)教學實驗中的研究和應用，并對放電等離子燒結技術的未來發(fā)展趨勢進行分析和預測。本文作者認為應該在本科學生的教學實驗中安排采用放電等離子燒結工藝制備復合材料的實驗課程。

關鍵詞：放電等離子燒結技術 材料科學與工程專業(yè) 實驗教學研究 應用

一、前言

在材料科學與工程專業(yè)的本科教學工作中，學生在高年級就開始學習材料科學與工程專業(yè)的基礎課程和專業(yè)課程。其中在材料科學與工程專業(yè)課程教學中，在講述材料的制備工藝方法中講述過放電等離子燒結技術制備和合成復合材料。放電等離子燒結技術是制備金屬基復合材料，金屬陶瓷復合材料，以及金屬間化合物/陶瓷基復合材料的主要方法。放電等離子燒結工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質制成的模具內，利用上下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，經(jīng)放電活化，熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新型的粉末冶金燒結技術。放電等離子燒結技術可以制備金屬材料，復合材料，梯度功能材料等。放電等離子燒結工藝燒結速度快，燒結時間較短，燒結溫度高，可以制備完全致密的燒結塊材。放電等離子燒結工藝具有快速成型的優(yōu)點。采用放電等離子燒結工藝可以制備復合材料，包括金屬基復合材料，金屬陶瓷復合材料等。放電等離子燒結工藝制備復合材料由于具有可以達到凈近尺寸成形的優(yōu)勢，所以能夠廣泛應用于工程領域中。在材料科學與工程專業(yè)的本科課程教學中，在材料加工工程和材料制備方法中都講述過放電等離子燒結技術。此外還可以將放電等離子燒結技術制備復合材料作為一項實驗教學內容安排學生進行實驗，使學生認識和了解放電等離子燒結技術制備復合材料的工藝過程。所以放電等離子燒結工藝制備復合材料在材料科學與工程專業(yè)教學實踐中得到廣泛的應用。本文主要講述放電等離子燒結技術的原理和工程應用，并講述放電等離子燒結技術在材料科學與工程專業(yè)實驗教學中的研究和應用，并對放電等離子燒結技術的未來發(fā)展趨勢進行分析和預測。

二、放電等離子燒結技術的原理和工程應用

放電等離子燒結工藝是將金屬等粉末裝入石墨等材質制成的模具內，利用上下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，經(jīng)放電活化，熱塑變形和冷卻完成制取高性能材料的一種新型的粉末冶金燒結技術。放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產(chǎn)生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于降低粉末的燒結溫度。同時低電壓，高電流的特征，能使粉末快速燒結致密。放電等離子燒結是制備功能材料的全新技術，具有升溫速度快燒結時間短組織結構可控等特點可用來制備金屬材料，復合材料，可用來制備納米塊體材料，梯度材料等。放電等離子燒結工藝是利用通斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體，放電沖擊壓力，焦耳熱和電場擴散作用。在放電等離子燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。放電等離子燒結是有效利用粉末內部的自身發(fā)熱作用而進行燒結的。放電等離子燒結過程可以看作是顆粒放電，導電加熱和加壓綜合作用的結果。在放電等離子燒結技術中顆粒間的有效放電可產(chǎn)生局部高溫可以使局部熔化表面物質。放電等離子燒結工藝優(yōu)勢明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產(chǎn)效率高產(chǎn)品組織細小均勻可以得到高致密度的材料，可以燒結梯度材料以及復雜工件。放電等離子燒結技術裝置操作簡單，但是需要放電等離子燒結爐。采用放電等離子燒結工藝制備新材料主要集中在金屬陶瓷，金屬間化合物，復合材料和功能材料等方面。其中功能材料包括熱電材料，功能梯度材料等。放電等離子燒結工藝可以制備復合材料等。

三、放電等離子燒結技術在材料科學與工程專業(yè)實驗教學中的研究和應用

放電等離子燒結技術具有燒結速度快燒結時間短，燒結效率高，可以實現(xiàn)快速成型工藝，所以放電等離子燒結技術主要用于制備金屬陶瓷，金屬間化合物，金屬間化合物/陶瓷復合材料，梯度功能材料，功能材料等。在材料科學與工程專業(yè)的教學課程中，其中材料加工工程和材料制備與合成方法講述過放電等離子燒結工藝。放電等離子燒結工藝同粉末冶金技術和液相燒結技術一樣都是材料的制備工藝技術。放電等離子燒結工藝同樣是熱加工工藝，放電等離子燒結工藝是利用熱等離子體在高溫高壓條件下使粉末壓坯通過加熱加壓并保溫一段時間進行燒結制備致密的燒結塊材。放電等離子燒結工藝是通過熱等離子體高溫高熱加壓燒結制備燒結制品的過程。在材料科學與工程專業(yè)課程的課堂教學中，有些專業(yè)課程中對放電等離子燒結工藝只是作為了解，對于放電等離子燒結工藝制備復合材料的具體內容和制備工藝步驟的研究和應用了解很少。所以就需要在材料科學與工程專業(yè)的實踐教學課程中增加關于放電等離子燒結工藝制備復合材料的實驗課程。通過放電等離子燒結工藝制備復合材料的實踐教學活動可以使學生認識和了解到放電等離子燒結工藝制備復合材料的原理，制備工藝過程以及對經(jīng)過放電等離子燒結工藝后得到復合材料制品的物相組成，顯微結構和性能進行研究，使學生通過對材料的制備與研究過程可以加深學生對材料科學與工程專業(yè)課程學習的認識和了解。對于本科學生的教學實踐課程，可以在本科學生的本科專業(yè)課程設計和本科畢業(yè)設計過程中安排放電等離子燒結工藝制備金屬基復合材料和金屬陶瓷復合材料的教學內容。例如采用放電等離子燒結工藝可以制備金屬陶瓷復合材料，先將金屬陶瓷復合粉末裝入到模具中，并通過放電等離子燒結工藝制備金屬陶瓷復合材料。采用放電等離子燒結工藝可以制備金屬間化合物/陶瓷基復合材料，通常先將金屬間化合物/陶瓷復合粉末裝入模具中并通過放電等離子燒結工藝制備金屬間化合物/陶瓷基復合材料。有時通過放電等離子燒結工藝制備致密的復合材料塊材。通過實驗教學過程使學生認識和了解到放電等離子燒結工藝制備金屬陶瓷復合材料的制備工藝過程，提高學生對課程學習的認識和了解。使學生通過實驗教學認識和了解了放電等離子燒結工藝制備復合材料的制備工藝原理，使用方法和制備過程，以及對得到燒結制品的物相組成和顯微結構進行分析和測試。endprint

放電等離子燒結工藝優(yōu)勢明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細小均勻，可以得到高致密度的材料。放電等離子燒結工藝可選擇的材料種類比較廣泛，適用面也比較廣泛。放電等離子燒結技術操作過程比較簡單，但對設備要求較高，只需要放電等離子燒結爐，可以進行現(xiàn)場操作，因此可以作為本科學生的課程教學實驗內容，可作為材料科學與工程專業(yè)課程的輔助教學實驗，也可以作為本科專業(yè)課程設計和本科畢業(yè)設計教學內容。使學生通過實踐教學過程來加深對材料科學與工程專業(yè)課程的認識和掌握。使學生認識到金屬基復合材料的制備過程以及金屬陶瓷復合材料的制備過程等，并使得學生對放電等離子燒結工藝得到的燒結制品進行分析和測試，使學生對材料的分析和檢測水平有較大的提高。對于拓展學生的知識面有很大的幫助。為本科學生以后的本科專業(yè)課程設計和本科畢業(yè)設計打下堅實的實驗基礎。

四、放電等離子燒結技術在材料科學與工程領域的發(fā)展趨勢和應用

放電等離子燒結技術是低溫短時的快速燒結法，可用來制備金屬材料，金屬陶瓷材料，納米材料，復合材料等。放電等離子燒結工藝可選擇的材料種類比較廣泛適用面也比較廣泛。放電等離子燒結技術需要增加設備多功能性和脈沖電流容量以便做尺寸更大產(chǎn)品；特別需要發(fā)展全自動化的放電等離子燒結系統(tǒng)，以滿足復雜形狀高性能產(chǎn)品和梯度功能材料的生產(chǎn)需要。需要發(fā)展適合放電等離子燒結技術的粉末材料，需要研制新型模具材料。在工藝方面需要更好的控制產(chǎn)品質量。放電等離子燒結技術的推廣應用將在新材料的研究和生產(chǎn)領域中發(fā)揮重要作用。由于放電等離子燒結技術在材料科學與工程領域有著廣泛的應用，所以應該在材料科學與工程專業(yè)的實驗教學中安排采用放電等離子燒結工藝制備復合材料的實驗課程。

五、結論

放電等離子燒結技術由于燒結速度快，燒結效率高，可以實現(xiàn)快速成型工藝，所以放電等離子燒結技術在工程領域中得到了廣泛的應用。放電等離子燒結工藝可選擇的材料種類比較廣泛，適用面也比較廣泛。放電等離子燒結技術廣泛應用在材料科學與工程領域中。本文主要講述放電等離子燒結技術的原理和工程應用，并講述放電等離子燒結技術在材料科學與工程專業(yè)實驗教學中的研究和應用，并對放電等離子燒結技術的未來發(fā)展趨勢進行分析和預測。作者認為應該在材料科學與工程專業(yè)的實驗教學中安排采用放電等離子燒結工藝制備復合材料的實驗課程。endprint