放电等离子烧结 (SPS) 对于生产高性能二硼化钛 (TiB2) 不可或缺，因为它独特地利用脉冲电流产生快速的内部热量。该过程显著缩短了陶瓷在临界温度下的停留时间，使其能够完全致密化，同时有效防止单个晶粒长大。
核心优势：SPS 技术解决了陶瓷加工中的基本权衡问题：在不牺牲细微组织的情况下实现高密度。其快速加热和短烧结时间锁定了细晶粒结构，与传统方法相比，直接带来了卓越的硬度和韧性。
快速致密化的机制
内部焦耳加热
与从外向内加热材料的传统烧结不同，SPS 从内部产生热量。它在粉末颗粒之间施加脉冲直流电。
这会通过焦耳加热产生热量，导致温度快速升高。设备可以实现高达每分钟数百摄氏度的升温速率。
石墨模具的双重作用
在 SPS 工艺中，容器不仅仅是被动容器。高纯度石墨模具和冲头本身充当加热元件。
它们将脉冲电流转化为热能。这种能量直接传导到样品，确保即时有效的热传递。
保持微观结构和性能
抑制晶粒粗化
烧结 TiB2 的主要挑战在于，高温通常会导致晶粒合并和长大（粗化）。大晶粒不可避免地会削弱陶瓷的性能。
由于 SPS 加热材料速度非常快，因此在高温下的保温时间大大缩短。这种短暂的时间允许材料结合，而不会给晶粒膨胀的时间。
锁定“超细”特性
如果起始粉末通过机械合金化处理成细晶粒，传统烧结通常会因晶粒生长而破坏这种效果。
SPS 创建了一个低温、短时的烧结环境。这严格抑制了粗化，有效地保留了从初始粉末阶段继承的超细晶粒特性。
卓越的机械性能
这种细晶粒结构的直接结果是性能的提升。最终的 TiB2 陶瓷表现出高密度、高硬度和卓越的韧性。
理解工艺变量
同时施加压力
SPS 不仅仅依靠加热。它在施加脉冲电流的同时施加轴向压力。
这种组合有助于颗粒重新排列和致密化。它允许材料在比仅靠热量所需温度更低的温度下达到完全密度。
与无压烧结的对比
在无压烧结中，必须首先使用实验室压力机在100 至 400 MPa 下创建独立的“生坯”。
SPS 将这些步骤合并。通过在石墨模具内同时施加压力和热量，它消除了对独立高压预压阶段的绝对需求。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地发挥您的二硼化钛生产潜力，请考虑您的具体性能目标：
- 如果您的主要重点是最大硬度和韧性：利用 SPS 实现高密度，同时严格限制材料在峰值温度下的停留时间，以防止晶粒生长。
- 如果您的主要重点是加工效率：利用 SPS 在加热过程中施加轴向压力的能力，这消除了无压烧结所需的独立高压干压步骤。
SPS 不仅仅是一种加热方法；它是一种微观结构控制工具，能够生产出通过缓慢加热的传统技术无法实现的陶瓷。
总结表：
| 特性 | 放电等离子烧结 (SPS) | 传统烧结 |
|---|---|---|
| 加热方法 | 内部焦耳加热 (脉冲直流电) | 外部炉加热 |
| 升温速率 | 每分钟数百摄氏度 | 缓慢/渐进 |
| 晶粒尺寸控制 | 优秀 (抑制粗化) | 差 (晶粒长大) |
| 加工时间 | 非常短 (分钟) | 长 (小时) |
| 压力施加 | 同时轴向压力 | 独立预压步骤 |
| 最终性能 | 超细晶粒，高韧性 | 粗晶粒，低韧性 |
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参考文献
- Xinran Lv, Gang Yu. Review on the Development of Titanium Diboride Ceramics. DOI: 10.21926/rpm.2402009
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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