Smini型放电等离子烧结系统

Smini型放电等离子烧结系统

技术方案书

一、SPS简介及主要特点

1. SPS简介

Smini型放电等离子烧结系统是当今世界上先进的烧 结系统之一，是在两电极间施加脉冲电流和轴向压力进行粉末烧结致密化的一种 新型快速烧结技术。它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等 鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材 料、非晶块体材料、梯度材料等。此外，SPS 设备也为非常特殊的新型材料的制 造提供了可能，诸如可在晶粒无显著长大的状态下烧结出纳米材料，功能梯度 材料，复合材料，碳化钨，氮化硅，碳化硅或其他硬质材料，结构陶瓷和功能 陶瓷等。

2. SPS技术特点

由于SPS过程中施加直流脉冲电流产生放电效应而带来的一些现象，SPS技术具有以下几个特点：

1) 可以快速升温，快速冷却，大幅缩短生产时间，降低生产成本（升温速率可达200℃/min）；

2) 烧结温度低（与热压烧结相比，烧结温度可进一步降低）；

3) 具有净化、活化效应（消除粉末颗粒表面吸附气体，击穿氧化膜），轻松实现难烧结材料、多元素材料的烧结；

4) 相比于传统烧结工艺，可以在更短的时间内得到组织性质更均匀、更致密、晶粒尺寸更小的材料；

5) 相比于传统烧结工艺，可大幅节省电能。

6) 无需粉末预成型，可以直接烧结成致密体。

（设备图示，以实际出货为准）

二、 设备特点

江南体育平台官网下载 公司此台设备的主要特点如下：

1) 该系列放电等离子烧结系统，充分考量了烧结工艺的自动化和操控性，烧结 温度，加压控制，电流控制等自动程控系统为设备的标准配置。

2) 设备搭载了安全停机功能，当监控或侦测到设备水温异常、模具破损等突发 状况时设备将自动停机。

3) 配备数据采集解析系统，可将决定烧结体产品品质的工艺参数，如烧结电压、 电流、控制温度、施加压力、位移、真空度、位移变化率、实测温度等物 理量进行保存和调用，以对产品生产工艺进行追踪。

4) 设备采用了自主开发的脉冲变频 DC 电源，与传统的同等级别 SPS 相比，耗 电量大幅降低，可真正有效地实现节能降耗环保型高品位的烧结生产。

5) 采用前置开门式水冷真空烧结腔，工件上下机台、腔体内的施工作业、维护 维修等轻松便捷。

6) 采用大型液晶触控操作面板，可随时自行对位移数据以及联动互锁等状态的 显示、报警显示、报警履历、加压压力设定值等进行诊断和确认。

7) 为避免设备各操作按钮或按键的误操作，设备搭载了安全联动互锁功能，即 使新手上机也可放心使用。

三、 应用领域

1.金属：Fe、Cu、Al、Au、Ag、Ni、Cr、Mo、Sn、Ti、W、Be;

2. 陶瓷氧化物：Al2O3、Mulitex ZrO2、Mg、SiO2、TiO、HfO2;

3. 碳化物：SiC、B4C、TaC、WC, ZrC, VC;

4. 氮化物：Si3N4、TaN、 TiN、 AIN、 ZrN、VN;

5. 硼化物：TiB2、HfB2、LaB6、ZrB2、VB2;

6. 氟化物:LiF、CaF2、MgF2;

7. 金属陶瓷：Si3N4+Ni、Al2O3+Ni、ZrO2+Ni、Al2O3+Ti、SUS+WC/Co、BN+Fe、WC+Co +Fe ；

8. 金属化合物：TiAl、MoSi2、Si3Zr5、NiAl、NbCo、NbAl Sm2Co17。

四、 设备型号

本设备为卧式周期式SPS，具体型号为VHPsp-6/18-2400，具体代码含义如下图所示：

五、主要技术参数

1. 设备装料方式： 侧开门装料

2. 加热功率： 30KW±10%（以实际为准）

3. 最高温度： 2400℃（设计温度）

4. 工作温度： 2300℃（验收温度）（温度和升温速度与样品、模具大小决定）

5. 控温精度： ±3℃

6. 最快升温速率： ≥200℃/min（Φ15 mm样品）

7. 样品直径： ≤Φ15~20mm

8. 压头开放高度： 180mm

9. 压头行程： 80mm

10. 加热电压（V）： 10V

11. 加热电流： 3000A

12. 电极材料导电率（IACS）：≥95%（提供第三方检测报告）

13. 最大压力： 5T（压力可调）

14. 加压方式： 单向加压，上加压（由上往下加压）

15. 压力控制： 伺服电动缸

16. 压力精度： ±3‰FS(FS 是全量程压力)

17. 位移精度： ±0.005mm

18. 极限真空度： 6.7x10-4Pa(空炉，冷态，经净化)

19. 真空抽速： 从大气压力抽至5 Pa≤20min

20. 压升率： ≤ 2Pa/h(空炉，冷态，经净化)

21. 测温方式： 顶部红外测温，侧面热电偶测温

22. 红外测温仪： （测温范围600℃-2800℃）

23. 控温及测温方式： HMI+PLC+PID程序控温

温度<800℃时K型热电偶插入模具接触式测温

温度>800℃时双色红外仪侧部非接触式测温

24. 气氛系统： 高纯氩气或高纯氮气一路气氛

25. 充气压力： ≤0.02MPa（绝对压力，可调）

26. 通讯接口： 设备配备“RJ45"网络接口，支持“PROFINET"或“MODBUS TCP"协议

27. 冷却水要求： 水质按GB10067.1-88标准，压力0.2~0.4MPa，PH值7.0～8.5，悬浮物固体＜100mg/L，总硬度CaO＜10mg当量/L，溶解性固体＜30mg/L，电导率＜500μS/cm。

28. 设备外形尺寸： 1290mm（W）X1360mm（D）X2220mm（H）（以实际产品尺寸为准）

29. 设备重量： 约1.2t

六、结构组成

江南体育平台官网下载 的SPS（Smini）设备主要由炉体、炉架、真空系统、充气装置、加压系统、测温系统、水冷系统、脉冲直流电源、气动装置、电气控制系统等组成。

七、设备结构特征

1.炉体

炉体采用全不锈钢材料，双层水冷结构，内、外壁均为304且经精密抛光处理，内外壁之间通水冷却，确保炉壁温度低于55℃。炉体为卧式侧开门结构，便于物料装卸，炉门上设有观察窗、真空压力表、手动放气阀等。炉体压头的密封采用可靠的金属波纹管密封。

2.炉架

炉架为支撑炉体及承受压力的结构件，由上下平台及支架构成，上下平台焊接 后经消除应力后，经过严格加工使上下加压平台的中心安装孔具备良好的同心度。

3.真空系统

真空系统由直联泵、分子泵、气动高真空阀、真空变送器、真空压力表、真空放气阀、冷阱、真空管路等组成，并留有充气接口。为减少炉体振动，真空管道与泵的连接采用金属波纹管，真空度由真空变送器测量。

真空阀门设掉电保护和安全联锁，如设备突然断电，真空系统的各系统阀门自动调整为关闭状态，保护真空室。

所有真空管路均采用不锈钢或碳钢电镀制造。管路连接处采用金属波纹管连接，以隔绝直联泵的震动，防止将震动传递至真空加热室系统。

4. 充气装置

充气装置（不含气体干燥、气体过滤及尾气处理系统）主要由充气阀、浮子流量计、充气管道等组成，用于工艺所需充氮气、氩气的一路气氛要求，最大充气压力≤0.02MPa（微正压、表压）。

1) 所有气路管道均采用SUS304材质。

2) 进气管道采用浮子流量计控制。

5. 测温系统

测温元件采用K型热电偶和双色红外测温仪进行测温：当温度<800℃时，K型热电偶插入模具接触式测温；温度>800℃时，双色红外测温仪顶部非接触式测温。配合温度控制仪进行温度闭环控制，测温元件测量温度并供给温度控制器控制信号，从而调整功率调控器的输出，从而控制变压器的输出大小，以满足系统的控温需求。

6. 加压系统

加压系统为伺服电动缸单向下加压，加压压力为最大5T（可调），加压行程为80mm。

压机由四立柱及上下横梁组成，单向向下加压，加压油缸固定在横梁上，炉体支撑在炉架上，并与下横梁进行固定，横梁经过严格机械加工，保证下压头的加压精度。压头的密封采用焊接波纹管密封，密封可靠、使用寿命长。

下压头全部采用特殊水冷结构形式，材料为铜合金，具有水冷效果好，反复加压工作不变形、使用寿命长、移动过程泄漏小等优点。

加压系统由伺服电动缸、加压位移传感器等组成，并由电磁阀通过控制系统进行控制，可通过手动调节加压压力，也可自动调节加压压力，进而实现稳压、保压。

7.水冷系统

系统由集成式进水组件（不锈钢管）、集成式回水组件（不锈钢管）、球阀、优质橡胶管及接头等组成。回水方式采用封闭式，在关键回路如电极上设置了水温水流量传感器，水温过高或水流量不足时及时报警并停止加热。

进水主管路上设有电接点压力表，当水压不足时提供信号给控制系统，然后由控制系统判断报警，启动备用水源系统或切断电源。

水路特点：

1) 所有水路管道均采用耐高温、高压软管材质，确保不生锈；其他辅助水路管道采用高压防爆管道。确保水路安全；

2) 关键管路设置有水流量传感器和水温传感器和报警装置，水流量过低报警，水超温报警，及时发现安全隐患。进水路欠水压与加热PLC互锁，水压低时，报警并停止加热。

3) 使用方须做好备用水源及UPS电源。主电路停电可立即切换至UPS电源，给水泵供电，冷却水源循环，确保炉体安全。

8.脉冲直流电源

脉冲直流电源：采用IGBT为数字功率模块，超微晶软磁合金材料为变压器铁芯，配有电压、电流自动反馈，系统故障诊断保护功能。

1) 采用高频率大功率的IGBT模块，使电流瞬间增加到几千或者上万安培，保证粉末快速烧结致密。

2) 技术保证大电流在连续输出的过程中稳定，纹波电流≤1%

3) 毫秒级别的通断时间可显著抑制晶粒粗化，使被加工件能同时保证达到纳米尺寸的晶粒和致密的要求。

4) 重要器件选用进口品牌，在使用寿命及输出稳定性达到工业级水准。

9.气动装置（需选配空压机）

由气动三联件（除水器、压力表、油雾器）、电磁换向阀，管道和产气量为0.6m3/min的空压机（可选配）等组成。可对气动执行元件（如气缸、充气阀、真空阀门等）提供洁净的压缩空气，确保气动原件运行稳定可靠，管路走向整洁美观。

10. 电气控制系统

电气控制系统：全自动 PLC+触摸屏系统，可以手动、自动切换。

电源控制系统软件介绍： 有以下特点：

1) 源控制具有手动和自动两种控制方式，手动和自动都可以在触摸屏上控制，操作方便、系统稳定，具有误操作提示报警功能。

2) 温控系统：全自动 PLC+触摸屏系统，可以手动、自动切换，采用热电偶和控温仪表控制电源的输出从而控制模具的温度，触摸电脑自动记录烧结过程及历史曲线。配备 PLC 控制器（西门子/欧姆龙），具有 PID 及超温报警功能，能储存和输出记录，清晰反应炉子工作状况。

3) 控制系统软件由我公司自行开发，人机界面操作系统，画面友好，操作简单，响应速度快，可对炉内工况进行实时监测，系统稳定可靠。

4) 本设备可自动采集温度曲线、真空度曲线和烧结时间等曲线，对各个工艺参数（温度、真空度）实现动态显示，方便用户根据历史曲线分析烧结工艺。

5) 通讯接口丰富，如 RS485、LAN、USB 等，易于和其它设备 组网应用。软件控制界面形象化，能够动态显示工作流程，方便直观。

6) 控制系统上设有过流、超温及断水等分类报警功能，电器元件采用施耐德、 LG等品牌，产品品质有保证。电控柜按照西门子标准制作，所有的仪表及控制元件集中到一个电控柜内。

7) 软件免费升级。

温度的控制也可通过数显温度程序控制仪根据用户设定的工艺曲线，实行自动控制温度，并具有PID自整定功能，也可根据用户需要手动控制温度。

八、安全保护系统

1. 电气联锁保护系统；

2. 保险丝；

3. 电热过电流保护装置。

九、整机要求

1. 电力需求： 380V，36KVA，50Hz

2. 起重设备： ≥2吨

3. 水源：

1) 循环水量： 8m3/h

2) 水压： 0.2~0.3Mpa

3) 进水水温： ≤25℃

4. 压缩空气气源：

1) 耗量： ~3L/s

2) 压力： ≥0.6Mpa

十、安装、调试及验收

1. 甲方负责地基、气源、乙方电控柜的进线电缆。进回水接到乙方冷却水箱的总进回水口处。在所有准备工作完成后，通知乙方进行安装、调试。设备以卖方组织，买方配合的方式在买方现场安装、调试并达到买方正常使用的要求；

2. 验收工作完成后，由双方共同签署设备最终验收报告。

十一、培训

1. 设备安装调试过程中，卖方同时对买方设备使用人员进行必要的操作和维护保养的培训。经培训，用户技术人员能够达到独立正确操作设备并能判断故障及简单维修。

2. 培训计划和内容：

序号	培训计划	培训时间（天）	培训人员	地点
1	操作培训	2	工程师1人	验收现场
2	维护保养培训			验收现场
3	故障判断及简单维修培训			验收现场

十二、保固期

机器全系统保固壹年。

十三、售后

保固期内，若设备发生故障（易损件加热元件、热电偶除外），我公司在2小时内给予回复，并在72小时内派员到达现场，组织维修。

长期优惠提供备品备件。

十四、随机资料

1. 操作说明书。

2. 出厂检验报告。

3. 安装调试必需的图纸。

十五、 选配配件

1. 冷水机HCA-8 1台

2. 水路管道及法兰： 1套

3. 空压机HA-1 1台

4. 脱模机HD-1 1台

5. 分子泵组/DM： 1台

SPS/DCS放电等离子烧结系统

编号	产品型号	加热元件	样品直径（mm）	压力（吨）	电压（V）	电流（A）	加热功率 （KW）	真空度（Pa）	外形尺寸(mm)	最高温度（℃）	适用工艺
Smini	VHPsp-6/18-2400	脉冲直流电源	Φ15~20	5	10	3000	30	6.7X10-4	1290×1360×1800	2400	SPS烧结
S1	VHPsp-10/35-2400	脉冲直流电源	Φ30~40	10	10	6000	60	6.7X10-3	1560×1690×1850 不含电源尺寸	2400	SPS烧结
S2	VHPsp-10/35-2400	脉冲直流电源	Φ50~60	20	10	10000	100	6.7X10-3	1560×1690×1850 不含电源尺寸	2400	SPS烧结
S3	VHPsp-10/35-2200	脉冲直流电源	Φ80~100	30	10	16000	160	6.7X10-3	1560×1690×1850 不含电源尺寸	2200	SPS烧结