1。1。1 放电等离子烧结的原理、工艺及特点

SPS装置主要有以下几个部分组成：SPS主机控制器等控制单元、轴向位移测量、直流脉冲电源、轴向压力装置、真空腔体、测定温度系统，其主要结构示意图如1。1。

SPS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。设备直接采用IGBT脉冲直流电源，非晶软磁合金材料作为变压器铁芯，使加热在几分钟内达到循环成为可能。而配有的电压电流自动反馈，系统故障诊断保护功能。电场的作用是加快扩散过程。

工作原理：在SPS技术中，颗粒间的有效放电可产生局部高温，可以使表面局部熔化、表面物质剥落；三相380V电流巾帼整流、滤波加至绝缘栅双极型品体管IGBT组成逆变电路，而由主电路转成脉宽可调的高频交流，再经过非晶体软磁材料为铁芯的高频变压器降压、肖特基二极管整流转换成适用的工作需求低压电流。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，高温等离子的溅射和放电冲击清除了粉末颗粒表面杂质（如去处表面氧化物等）和吸附的气体。同时控制单元的输出信号也可以对其作出迅速反应，对于各种波动进行补偿，并能对各种原因造成的故障作出迅速的保护响应。

图1。1 放电等离子设备的常规基本结构示意图

 (1，5) Ram (2，4) Graphite punch (3) Sample (6) Sintering die

1。1。2  放电等离子烧结的应用及研究进展

1。1。3  使用SPS技术烧结TiCN基金属陶瓷

在无压烧结时，最有效的控制致密化过程中的微观结构的方式是控制加热速率并结合当前材料的致密化率。这种现象模型被实施到一个速率控制烧结（RCS）技术并成功用于烧结不同类型的纳米晶体或亚微米材料如TiN，AlN，BaTiO3，ZrO2。另一方面，SPS的主要优点是高加热速率与高压的组合允许不同材料的合并，并且速度更快没有明显的其他增长。在这项工作中，我们将RCS技术应用于SPS整合方法，以研究非线性加热和加载方式对TiCN微观结构形成的影响。选择TiCN纳米粉末作为样品材料是由于其商业可用性和TiCN基复合材料制成的部件被广泛使用在各行业。例如，无添加剂的碳氮化钛基的纳米复合材料是最有希望的材料来制作切削刀具并其增加的硬度（最高可达30-32 GPa），有高耐磨性，高边缘强度和边缘清晰度。致密化多阶段制度的实施发现通过放电等离子烧结的纳米晶体粉末有希望生产致密度高的纳米晶体材料并在较低的工艺温度。例如，70nm TiCN纳米粉末可以在1400°C成功合并成一个接近完全致密的TiCN纳米复合材料，平均晶粒尺寸约150nm。相比之下，使用传统的单阶段SPS烧结方案，合并相同的TiCN纳米粉末平均在1520℃，但是相对密度只有94-96％，晶粒尺寸约320nm，明显差于多阶段烧结。

1。2 TiCN金属基陶瓷

1。2。1 TiCN金属基陶瓷的研究背景及意义

过去几十年，虽然各种新型的成型技术取得了很大的进步，但机器仍然是工业生产的最重要的方法。其中，高速意味着高效，可以说在加工系统中高速高效的切削刀具，是最受人们所喜爱的。但是这对于材料的选取可以说是不容易的，甚至可以说是苛刻的。在整个切割过程中，切割工具不仅会在切割过程中产生塑性变形，遭受化学反应，还要应对高强度的摩擦和热应力。长此以往必然会产生各种损伤，所以说采用高性能的切削刀具始终是首选。高性能就代表了可以进行高精度的作业切割，甚至可以精确到毫米，没有多余的摩擦切割就意味着提高了寿命，同时加快了切割速度，变相降低了成本。 

因此，虽然大多数处理方法已被改进并应用于各种类型的处理材料。然而，陶瓷或金属还是领先于这个方向的最优级别材料。金属陶瓷工具被认为是拥有最低的摩擦系数的材料，并且拥有高导热性和高温硬度，可以说是行业中最有希望的材料。金属陶瓷的高热导率不仅可以降低温度梯度，而且可以降低热负荷，减少热冲击产生的裂纹。因此，高速切削刀具的材料最先要考虑的就是金属陶瓷。与常规合金相比，金属基陶瓷具有对固定尺寸，工件尺寸精度和上表面加工精度的尺寸优势，对于速率和维护要求也有良好控制。