使用火花等离子烧结 (Sps) 系统烧结钛酸钡陶瓷有哪些技术优势？

火花等离子烧结 (SPS) 在钛酸钡烧结方面的技术优势源于其能够同时施加脉冲电流和轴向压力，从而产生内部热量，快速致密化材料。与需要长时间保温的传统方法不同，SPS 抑制了异常晶粒生长，生产出具有细晶粒微观结构、高密度和显著增强的压电稳定性的陶瓷。

核心要点：通过快速内部加热将致密化与晶粒生长分离，SPS 解决了传统烧结固有的权衡问题，使钛酸钡能够在不因结构粗化而降低机械和电气性能的情况下达到最大密度。

快速致密化的机制

传统烧结依赖外部加热元件（如管式或箱式炉中的元件）将热量传递给材料，这是一个缓慢的过程，通常会导致不均匀的温度梯度。

相比之下，SPS 通过将脉冲电流直接通过模具和粉末颗粒，在内部产生焦耳热。这使得加热速率可达每分钟数百摄氏度，大大缩短了总工艺时间。

SPS 将这种热能与高轴向压力相结合。

这种机械力在颗粒重排和孔隙闭合方面起着物理作用。压力和热量协同作用，使钛酸钡能够在比传统无压炉所需温度更低的温度下达到完全致密。

烧结钛酸钡最关键的挑战是控制晶粒尺寸。在传统炉中长时间暴露于高温通常会导致晶粒失控生长（异常晶粒生长）。

由于 SPS 在极短的时间内实现致密化，材料在粗化发生的中间温度区域停留的时间极少。这种“快速烧结”能力有效地在实现完全致密的同时固定了细晶粒结构。

该工艺的结果是陶瓷体具有均匀的亚微米级微观结构。

通过防止形成大而无规则的晶粒，SPS 创造了更均匀的材料。这种结构完整性是材料改进的物理性能的基础。

对于钛酸钡而言，微观结构直接决定了其功能性能。

通过 SPS 获得的细晶粒结构极大地增强了材料压电性能的稳定性。大而异常的晶粒可能导致电气性能不一致，而 SPS 加工陶瓷的可控结构可确保可靠运行。

与传统烧结的陶瓷相比，SPS 生产的陶瓷表现出优越的机械特性。

高密度和细晶粒尺寸的结合产生了优异的机械强度。在不牺牲微观结构精细度的情况下消除孔隙率，提高了材料抵抗断裂和机械应力的能力。

虽然传统烧结可以通过将成型的生坯放入炉中来适应复杂的形状，但 SPS 依赖于模具/压头系统来施加轴向压力。

这种设置通常有利于简单的几何形状，如圆盘或圆柱体。对导电模具（通常是石墨）和直接压力的要求意味着，生产复杂、非对称的钛酸钡部件需要与无压烧结方法不同的考虑。

传统炉通常可以同时处理大批量组件。

SPS 通常每个循环的速度更快（分钟 vs. 小时），但通常仅限于在模具内处理单个样品或小批量。其优势在于每个单元的速度和质量，而不是单次加热循环的大批量产量。

要确定 SPS 是否是您钛酸钡应用的正确制造路线，请考虑您特定的性能要求。

SPS 将钛酸钡的生产从耗时的热工艺转变为精确、快速的机电操作，从而产生卓越的材料性能。