江涛　陈燕　黄鹏　杨鸽　卢永洁　丁一明

摘要：放电等离子烧结技术由于烧结速度快，烧结效率高，可以实现快速成型工艺，所以放电等离子烧结技术在工程领域中得到了广泛的应用。放电等离子烧结工艺可选择的材料种类比较广泛，适用面也比较广泛。放电等离子烧结技术广泛应用在材料科学与工程领域中。本文主要讲述放电等离子烧结技术的原理和工程应用，并讲述放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业教学实验中的研究和应用，并对放电等离子烧结技术的未来发展趋势进行分析和预测。本文作者认为应该在本科学生的教学实验中安排采用放电等离子烧结工艺制备复合材料的实验课程。

关键词：放电等离子烧结技术 材料科学与工程专业 实验教学研究 应用

一、前言

在材料科学与工程专业的本科教学工作中，学生在高年级就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过放电等离子烧结技术制备和合成复合材料。放电等离子烧结技术是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。放电等离子烧结工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化，热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新型的粉末冶金烧结技术。放电等离子烧结技术可以制备金属材料，复合材料，梯度功能材料等。放电等离子烧结工艺烧结速度快，烧结时间较短，烧结温度高，可以制备完全致密的烧结块材。放电等离子烧结工艺具有快速成型的优点。采用放电等离子烧结工艺可以制备复合材料，包括金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等。放电等离子烧结工艺制备复合材料由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过放电等离子烧结技术。此外还可以将放电等离子烧结技术制备复合材料作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解放电等离子烧结技术制备复合材料的工艺过程。所以放电等离子烧结工艺制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中得到广泛的应用。本文主要讲述放电等离子烧结技术的原理和工程应用，并讲述放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用，并对放电等离子烧结技术的未来发展趋势进行分析和预测。

二、放电等离子烧结技术的原理和工程应用

放电等离子烧结工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化，热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新型的粉末冶金烧结技术。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压，高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。放电等离子烧结是制备功能材料的全新技术，具有升温速度快烧结时间短组织结构可控等特点可用来制备金属材料，复合材料，可用来制备纳米块体材料，梯度材料等。放电等离子烧结工艺是利用通断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体，放电冲击压力，焦耳热和电场扩散作用。在放电等离子烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。放电等离子烧结是有效利用粉末内部的自身发热作用而进行烧结的。放电等离子烧结过程可以看作是颗粒放电，导电加热和加压综合作用的结果。在放电等离子烧结技术中颗粒间的有效放电可产生局部高温可以使局部熔化表面物质。放电等离子烧结工艺优势明显：加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高产品组织细小均匀可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件。放电等离子烧结技术装置操作简单，但是需要放电等离子烧结炉。采用放电等离子烧结工艺制备新材料主要集中在金属陶瓷，金属间化合物，复合材料和功能材料等方面。其中功能材料包括热电材料，功能梯度材料等。放电等离子烧结工艺可以制备复合材料等。

三、放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用

放电等离子烧结技术具有烧结速度快烧结时间短，烧结效率高，可以实现快速成型工艺，所以放电等离子烧结技术主要用于制备金属陶瓷，金属间化合物，金属间化合物/陶瓷复合材料，梯度功能材料，功能材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过放电等离子烧结工艺。放电等离子烧结工艺同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料的制备工艺技术。放电等离子烧结工艺同样是热加工工艺，放电等离子烧结工艺是利用热等离子体在高温高压条件下使粉末压坯通过加热加压并保温一段时间进行烧结制備致密的烧结块材。放电等离子烧结工艺是通过热等离子体高温高热加压烧结制备烧结制品的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，有些专业课程中对放电等离子烧结工艺只是作为了解，对于放电等离子烧结工艺制备复合材料的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加关于放电等离子烧结工艺制备复合材料的实验课程。通过放电等离子烧结工艺制备复合材料的实践教学活动可以使学生认识和了解到放电等离子烧结工艺制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过放电等离子烧结工艺后得到复合材料制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排放电等离子烧结工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用放电等离子烧结工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属陶瓷复合粉末装入到模具中，并通过放电等离子烧结工艺制备金属陶瓷复合材料。采用放电等离子烧结工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属间化合物/陶瓷复合粉末装入模具中并通过放电等离子烧结工艺制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。有时通过放电等离子烧结工艺制备致密的复合材料块材。通过实验教学过程使学生认识和了解到放电等离子烧结工艺制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学认识和了解了放电等离子烧结工艺制备复合材料的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到烧结制品的物相组成和显微结构进行分析和测试。endprint

放电等离子烧结工艺优势明显：加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，可以得到高致密度的材料。放电等离子烧结工艺可选择的材料种类比较广泛，适用面也比较广泛。放电等离子烧结技术操作过程比较简单，但对设备要求较高，只需要放电等离子烧结炉，可以进行现场操作，因此可以作为本科学生的课程教学实验内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学过程来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对放电等离子烧结工艺得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。

四、放电等离子烧结技术在材料科学与工程领域的发展趋势和应用

放电等离子烧结技术是低温短时的快速烧结法，可用来制备金属材料，金属陶瓷材料，纳米材料，复合材料等。放电等离子烧结工艺可选择的材料种类比较广泛适用面也比较广泛。放电等离子烧结技术需要增加设备多功能性和脉冲电流容量以便做尺寸更大产品；特别需要发展全自动化的放电等离子烧结系统，以满足复杂形状高性能产品和梯度功能材料的生产需要。需要发展适合放电等离子烧结技术的粉末材料，需要研制新型模具材料。在工艺方面需要更好的控制产品质量。放电等离子烧结技术的推广应用将在新材料的研究和生产领域中发挥重要作用。由于放电等离子烧结技术在材料科学与工程领域有着广泛的应用，所以应该在材料科学与工程专业的实验教学中安排采用放电等离子烧结工艺制备复合材料的实验课程。

五、結论

放电等离子烧结技术由于烧结速度快，烧结效率高，可以实现快速成型工艺，所以放电等离子烧结技术在工程领域中得到了广泛的应用。放电等离子烧结工艺可选择的材料种类比较广泛，适用面也比较广泛。放电等离子烧结技术广泛应用在材料科学与工程领域中。本文主要讲述放电等离子烧结技术的原理和工程应用，并讲述放电等离子烧结技术在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用，并对放电等离子烧结技术的未来发展趋势进行分析和预测。作者认为应该在材料科学与工程专业的实验教学中安排采用放电等离子烧结工艺制备复合材料的实验课程。endprint