S2型放电等离子烧结系统

S2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

S2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(根据材料特性或有些差异)；

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-10/35-2400（S2），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： 100KW±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. 最快升温速率： ≥200℃/min（Φ50 mm样品）

6. 控温精度： ±3℃

7. 样品直径： ≤Φ50mm

8. 压头开放高度： 300mm

9. 压头行程： 100mm

10. 加热电压（V）： 10V

11. 加热电流： 0-10000A

12. 电极材料导电率（IACS）：≥95%（提供第三方检测报告）

13. 最大压力： 20T(可根据要求定制)

14. 加压方式： 单向加压，下加压（由下往上加压）

15. 压力控制： 伺服液压

16. 压头材质： 铜合金（水冷）

17. 压力精度： ≤±3‰FS（FS 是全量程压力）

18. 位移精度： ±0.005mm

19. 极限真空度： 6.7x10-3Pa（空炉，冷态，经净化）

20. 真空抽速： 从大气压力抽至5 Pa≤20min

21. 压升率： ≤ 2Pa/h（空炉，冷态，经净化）

22. 测温方式： 顶部红外测温，侧面热电偶测温

23. 红外测温仪： （测温范围600℃-2800℃）

24. 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

25. 气氛系统： 高纯氩气或高纯氮气一路气氛

26. 充气压力： ≤0.02MPa（绝对压力，可调）

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

28. 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。

29. 设备外形尺寸： 1560mm（W）X1500mm（D）X2300mm（H）（以实际产品尺寸为准）

30. 设备重量： 约2.3t

六、结构组成

江南体育平台官网下载 的SPS（S2）设备主要由炉体、炉架、真空系统、充气装置、测温系统、加压系统、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。炉体下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、扩散泵，气动高真空阀、真空变送器、真空压力表、真空放气阀、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

加压系统为液压单向下加压，加压压力为最大20T（可调），加压行程为100mm。

压机由四立柱及上下横梁组成，单向下加压，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。压头位移由位移传感器测得，采用光栅尺测距，测量误差±0.005mm，加压压力由载荷传感器测量。

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。

加压系统由伺服液压站、加压油缸、载荷传感器、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，位移传感器采用光栅尺。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，110KVA，50Hz

2. 起重设备： ＞3吨

3. 水源：

1) 循环水量： 10m3/h

2) 水压： 0.15~0.3Mpa

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-10 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或/OD：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