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Smini型放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)
技術(shù)方案書
一、 SPS簡介及主要特點
1. SPS簡介
Smini型放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)是當今世界上先進的燒 結(jié)系統(tǒng)之一，是在兩電極間施加脈沖電流和軸向壓力進行粉末燒結(jié)致密化的一種 新型快速燒結(jié)技術(shù)。它具有升溫速度快、燒結(jié)時間短、組織結(jié)構(gòu)可控、節(jié)能環(huán)保等 鮮明特點，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料，也可用來制備納米塊體材 料、非晶塊體材料、梯度材料等。此外，SPS 設(shè)備也為非常特殊的新型材料的制 造提供了可能，諸如可在晶粒無顯著長大的狀態(tài)下燒結(jié)出納米材料，功能梯度 材料，復(fù)合材料，碳化鎢，氮化硅，碳化硅或其他硬質(zhì)材料，結(jié)構(gòu)陶瓷和功能 陶瓷等。
2. SPS技術(shù)特點
由于SPS過程中施加直流脈沖電流產(chǎn)生放電效應(yīng)而帶來的一些現(xiàn)象，SPS技術(shù)具有以下幾個特點：
1) 可以快速升溫，快速冷卻，大幅縮短生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本（升溫速率可達200℃/min）；
2) 燒結(jié)溫度低（與熱壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度可進一步降低）；
3) 具有凈化、活化效應(yīng)（消除粉末顆粒表面吸附氣體，擊穿氧化膜），輕松實現(xiàn)難燒結(jié)材料、多元素材料的燒結(jié)；
4) 相比于傳統(tǒng)燒結(jié)工藝，可以在更短的時間內(nèi)得到組織性質(zhì)更均勻、更致密、晶粒尺寸更小的材料；
5) 相比于傳統(tǒng)燒結(jié)工藝，可大幅節(jié)省電能。
6) 無需粉末預(yù)成型，可以直接燒結(jié)成致密體。
（設(shè)備圖示，以實際出貨為準）
二、 設(shè)備特點
皓越科技公司此臺設(shè)備的主要特點如下：
1) 該系列放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)，充分考量了燒結(jié)工藝的自動化和操控性，燒結(jié) 溫度，加壓控制，電流控制等自動程控系統(tǒng)為設(shè)備的標準配置。
2) 設(shè)備搭載了安全停機功能，當監(jiān)控或偵測到設(shè)備水溫異常、模具破損等突發(fā) 狀況時設(shè)備將自動停機。
3) 配備數(shù)據(jù)采集解析系統(tǒng)，可將決定燒結(jié)體產(chǎn)品品質(zhì)的工藝參數(shù)，如燒結(jié)電壓、 電流、控制溫度、施加壓力、位移、真空度、位移變化率、實測溫度等物 理量進行保存和調(diào)用，以對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進行追蹤。
4) 設(shè)備采用了自主開發(fā)的脈沖變頻 DC 電源，與傳統(tǒng)的同等級別 SPS 相比，耗 電量大幅降低，可真正有效地實現(xiàn)節(jié)能降耗環(huán)保型高品位的燒結(jié)生產(chǎn)。
5) 采用前置開門式水冷真空燒結(jié)腔，工件上下機臺、腔體內(nèi)的施工作業(yè)、維護 維修等輕松便捷。
6) 采用大型液晶觸控操作面板，可隨時自行對位移數(shù)據(jù)以及聯(lián)動互鎖等狀態(tài)的 顯示、報警顯示、報警履歷、加壓壓力設(shè)定值等進行診斷和確認。
7) 為避免設(shè)備各操作按鈕或按鍵的誤操作，設(shè)備搭載了安全聯(lián)動互鎖功能，即 使新手上機也可放心使用。
三、 應(yīng)用領(lǐng)域
1. 金屬：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. 金屬陶瓷：Si3N4+Ni、Al2O3+Ni、ZrO2+Ni、Al2O3+Ti、SUS+WC/Co、BN+Fe、WC+Co +Fe ；
8. 金屬化合物：TiAl、MoSi2、Si3Zr5、NiAl、NbCo、NbAl Sm2Co17。
四、 設(shè)備型號
本設(shè)備為臥式周期式SPS，具體型號為VHPsp-6/18-2400，具體代碼含義如下圖所示：
1. 設(shè)備裝料方式： 側(cè)開門裝料
2. 加熱功率： 30KW±10%（以實際為準）
3. 最高溫度： 2400℃（設(shè)計溫度）
4. 工作溫度： 2300℃（驗收溫度）（溫度和升溫速度與樣品、模具大小決定）
5. 控溫精度： ±3℃
6. 最快升溫速率： ≥200℃/min（Φ15 mm樣品）
7. 樣品直徑： ≤Φ15~20mm
8. 壓頭開放高度： 180mm
9. 壓頭行程： 80mm
10. 加熱電壓（V）： 10V
11. 加熱電流： 3000A
12. 電極材料導(dǎo)電率（IACS）：≥95%（提供第三方檢測報告）
13. 最大壓力： 5T（壓力可調(diào)）
14. 加壓方式： 單向加壓，上加壓（由上往下加壓）
15. 壓力控制： 伺服電動缸
16. 壓力精度： ±3‰FS(FS 是全量程壓力)
17. 位移精度： ±0.005mm
18. 極限真空度： 6.7x10-4Pa(空爐，冷態(tài)，經(jīng)凈化)
19. 真空抽速： 從大氣壓力抽至5 Pa≤20min
20. 壓升率： ≤ 2Pa/h(空爐，冷態(tài)，經(jīng)凈化)
21. 測溫方式： 頂部紅外測溫，側(cè)面熱電偶測溫
22. 紅外測溫儀： （測溫范圍600℃-2800℃）
23. 控溫及測溫方式： HMI+PLC+PID程序控溫
溫度<800℃時K型熱電偶插入模具接觸式測溫
溫度>800℃時雙色紅外儀側(cè)部非接觸式測溫
24. 氣氛系統(tǒng)： 高純氬氣或高純氮氣一路氣氛
25. 充氣壓力： ≤0.02MPa（絕對壓力，可調(diào)）
26. 通訊接口： 設(shè)備配備“RJ45"網(wǎng)絡(luò)接口，支持“PROFINET"或“MODBUS TCP"協(xié)議
27. 冷卻水要求： 水質(zhì)按GB10067.1-88標準，壓力0.2~0.4MPa，PH值7.0～8.5，懸浮物固體＜100mg/L，總硬度CaO＜10mg當量/L，溶解性固體＜30mg/L，電導(dǎo)率＜500μS/cm。
28. 設(shè)備外形尺寸： 1290mm（W）X1360mm（D）X2220mm（H）（以實際產(chǎn)品尺寸為準）
29. 設(shè)備重量： 約1.2t
皓越科技的SPS（Smini）設(shè)備主要由爐體、爐架、真空系統(tǒng)、充氣裝置、加壓系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、脈沖直流電源、氣動裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成。
1. 爐體
爐體采用全不銹鋼材料，雙層水冷結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外壁均為304且經(jīng)精密拋光處理，內(nèi)外壁之間通水冷卻，確保爐壁溫度低于55℃。爐體為臥式側(cè)開門結(jié)構(gòu)，便于物料裝卸，爐門上設(shè)有觀察窗、真空壓力表、手動放氣閥等。爐體壓頭的密封采用可靠的金屬波紋管密封。
2. 爐架
爐架為支撐爐體及承受壓力的結(jié)構(gòu)件，由上下平臺及支架構(gòu)成，上下平臺焊接 后經(jīng)消除應(yīng)力后，經(jīng)過嚴格加工使上下加壓平臺的中心安裝孔具備良好的同心度。
3. 真空系統(tǒng)
真空閥門設(shè)掉電保護和安全聯(lián)鎖，如設(shè)備突然斷電，真空系統(tǒng)的各系統(tǒng)閥門自動調(diào)整為關(guān)閉狀態(tài)，保護真空室。
所有真空管路均采用不銹鋼或碳鋼電鍍制造。管路連接處采用金屬波紋管連接，以隔絕直聯(lián)泵的震動，防止將震動傳遞至真空加熱室系統(tǒng)。
4. 充氣裝置
充氣裝置（不含氣體干燥、氣體過濾及尾氣處理系統(tǒng)）主要由充氣閥、浮子流量計、充氣管道等組成，用于工藝所需充氮氣、氬氣的一路氣氛要求，最大充氣壓力≤0.02MPa（微正壓、表壓）。
1) 所有氣路管道均采用SUS304材質(zhì)。
2) 進氣管道采用浮子流量計控制。
5. 測溫系統(tǒng)
測溫元件采用K型熱電偶和雙色紅外測溫儀進行測溫：當溫度<800℃時，K型熱電偶插入模具接觸式測溫；溫度>800℃時，雙色紅外測溫儀頂部非接觸式測溫。配合溫度控制儀進行溫度閉環(huán)控制，測溫元件測量溫度并供給溫度控制器控制信號，從而調(diào)整功率調(diào)控器的輸出，從而控制變壓器的輸出大小，以滿足系統(tǒng)的控溫需求。
6. 加壓系統(tǒng)
加壓系統(tǒng)為伺服電動缸單向下加壓，加壓壓力為最大5T（可調(diào)），加壓行程為80mm。
壓機由四立柱及上下橫梁組成，單向向下加壓，加壓油缸固定在橫梁上，爐體支撐在爐架上，并與下橫梁進行固定，橫梁經(jīng)過嚴格機械加工，保證下壓頭的加壓精度。壓頭的密封采用焊接波紋管密封，密封可靠、使用壽命長。
下壓頭全部采用特殊水冷結(jié)構(gòu)形式，材料為銅合金，具有水冷效果好，反復(fù)加壓工作不變形、使用壽命長、移動過程泄漏小等優(yōu)點。
加壓系統(tǒng)由伺服電動缸、加壓位移傳感器等組成，并由電磁閥通過控制系統(tǒng)進行控制，可通過手動調(diào)節(jié)加壓壓力，也可自動調(diào)節(jié)加壓壓力，進而實現(xiàn)穩(wěn)壓、保壓。
7. 水冷系統(tǒng)
系統(tǒng)由集成式進水組件（不銹鋼管）、集成式回水組件（不銹鋼管）、球閥、優(yōu)質(zhì)橡膠管及接頭等組成?；厮绞讲捎梅忾]式，在關(guān)鍵回路如電極上設(shè)置了水溫水流量傳感器，水溫過高或水流量不足時及時報警并停止加熱。
進水主管路上設(shè)有電接點壓力表，當水壓不足時提供信號給控制系統(tǒng)，然后由控制系統(tǒng)判斷報警，啟動備用水源系統(tǒng)或切斷電源。
水路特點：
1) 所有水路管道均采用耐高溫、高壓軟管材質(zhì)，確保不生銹；其他輔助水路管道采用高壓防爆管道。確保水路安全；
2) 關(guān)鍵管路設(shè)置有水流量傳感器和水溫傳感器和報警裝置，水流量過低報警，水超溫報警，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。進水路欠水壓與加熱PLC互鎖，水壓低時，報警并停止加熱。
3) 使用方須做好備用水源及UPS電源。主電路停電可立即切換至UPS電源，給水泵供電，冷卻水源循環(huán)，確保爐體安全。
8. 脈沖直流電源
脈沖直流電源：采用IGBT為數(shù)字功率模塊，超微晶軟磁合金材料為變壓器鐵芯，配有電壓、電流自動反饋，系統(tǒng)故障診斷保護功能。
1) 采用高頻率大功率的IGBT模塊，使電流瞬間增加到幾千或者上萬安培，保證粉末快速燒結(jié)致密。
2) 技術(shù)保證大電流在連續(xù)輸出的過程中穩(wěn)定，紋波電流≤1%
3) 毫秒級別的通斷時間可顯著抑制晶粒粗化，使被加工件能同時保證達到納米尺寸的晶粒和致密的要求。
4) 重要器件選用進口品牌，在使用壽命及輸出穩(wěn)定性達到工業(yè)級水準。
9. 氣動裝置（需選配空壓機）
由氣動三聯(lián)件（除水器、壓力表、油霧器）、電磁換向閥，管道和產(chǎn)氣量為0.6m3/min的空壓機（可選配）等組成?？蓪鈩訄?zhí)行元件（如氣缸、充氣閥、真空閥門等）提供潔凈的壓縮空氣，確保氣動原件運行穩(wěn)定可靠，管路走向整潔美觀。
10. 電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)：全自動 PLC+觸摸屏系統(tǒng)，可以手動、自動切換。
電源控制系統(tǒng)軟件介紹： 有以下特點：
1) 源控制具有手動和自動兩種控制方式，手動和自動都可以在觸摸屏上控制，操作方便、系統(tǒng)穩(wěn)定，具有誤操作提示報警功能。
2) 溫控系統(tǒng)：全自動 PLC+觸摸屏系統(tǒng)，可以手動、自動切換，采用熱電偶和控溫儀表控制電源的輸出從而控制模具的溫度，觸摸電腦自動記錄燒結(jié)過程及歷史曲線。配備 PLC 控制器（西門子/歐姆龍），具有 PID 及超溫報警功能，能儲存和輸出記錄，清晰反應(yīng)爐子工作狀況。
3) 控制系統(tǒng)軟件由我公司自行開發(fā)，人機界面操作系統(tǒng)，畫面友好，操作簡單，響應(yīng)速度快，可對爐內(nèi)工況進行實時監(jiān)測，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
4) 本設(shè)備可自動采集溫度曲線、真空度曲線和燒結(jié)時間等曲線，對各個工藝參數(shù)（溫度、真空度）實現(xiàn)動態(tài)顯示，方便用戶根據(jù)歷史曲線分析燒結(jié)工藝。
5) 通訊接口豐富，如 RS485、LAN、USB 等，易于和其它設(shè)備 組網(wǎng)應(yīng)用。軟件控制界面形象化，能夠動態(tài)顯示工作流程，方便直觀。
6) 控制系統(tǒng)上設(shè)有過流、超溫及斷水等分類報警功能，電器元件采用施耐德、 LG等品牌，產(chǎn)品品質(zhì)有保證。電控柜按照西門子標準制作，所有的儀表及控制元件集中到一個電控柜內(nèi)。
7) 軟件免費升級。
溫度的控制也可通過數(shù)顯溫度程序控制儀根據(jù)用戶設(shè)定的工藝曲線，實行自動控制溫度，并具有PID自整定功能，也可根據(jù)用戶需要手動控制溫度。
八、 安全保護系統(tǒng)
1. 電氣聯(lián)鎖保護系統(tǒng)；
2. 保險絲；
3. 電熱過電流保護裝置。
九、 整機要求
1. 電力需求： 380V，36KVA，50Hz
2. 起重設(shè)備： ≥2噸
3. 水源：
1) 循環(huán)水量： 8m3/h
2) 水壓： 0.2~0.3Mpa
3) 進水水溫： ≤25℃
4. 壓縮空氣氣源：
1) 耗量： ~3L/s
2) 壓力： ≥0.6Mpa
1. 甲方負責地基、氣源、乙方電控柜的進線電纜。進回水接到乙方冷卻水箱的總進回水口處。在所有準備工作完成后，通知乙方進行安裝、調(diào)試。設(shè)備以賣方組織，買方配合的方式在買方現(xiàn)場安裝、調(diào)試并達到買方正常使用的要求；
2. 驗收工作完成后，由雙方共同簽署設(shè)備最終驗收報告。
十一、 培訓(xùn)
1. 設(shè)備安裝調(diào)試過程中，賣方同時對買方設(shè)備使用人員進行必要的操作和維護保養(yǎng)的培訓(xùn)。經(jīng)培訓(xùn)，用戶技術(shù)人員能夠達到獨立正確操作設(shè)備并能判斷故障及簡單維修。
2. 培訓(xùn)計劃和內(nèi)容：
序號 | 培訓(xùn)計劃 | 培訓(xùn)時間（天） | 培訓(xùn)人員 | 地點 |
1 | 操作培訓(xùn) | 2 | 工程師1人 | 驗收現(xiàn)場 |
2 | 維護保養(yǎng)培訓(xùn) | 驗收現(xiàn)場 | ||
3 | 故障判斷及簡單維修培訓(xùn) | 驗收現(xiàn)場 |
十二、 保固期
機器全系統(tǒng)保固壹年。
十三、 售后
保固期內(nèi)，若設(shè)備發(fā)生故障（易損件加熱元件、熱電偶除外），我公司在2小時內(nèi)給予回復(fù)，并在72小時內(nèi)派員到達現(xiàn)場，組織維修。
長期優(yōu)惠提供備品備件。
十四、 隨機資料
1. 操作說明書。
2. 出廠檢驗報告。
3. 安裝調(diào)試必需的圖紙。
十五、 選配配件
1. 冷水機HCA-8 1臺
2. 水路管道及法蘭： 1套
3. 空壓機HA-1 1臺
4. 脫模機HD-1 1臺
5. 分子泵組/DM： 1臺
SPS/DCS放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)
編號 | 產(chǎn)品型號 | 加熱元件 | 樣品直徑（mm） | 壓力（噸） | 電壓（V） | 電流（A） | 加熱功率 | 真空度（Pa） | 外形尺寸(mm) | 最高溫度（℃） | 適用工藝 |
Smini | VHPsp-6/18-2400 | 脈沖直流電源 | Φ15~20 | 5 | 10 | 3000 | 30 | 6.7X10-4 | 1290×1360×1800 | 2400 | SPS燒結(jié) |
S1 | VHPsp-10/35-2400 | 脈沖直流電源 | Φ30~40 | 10 | 10 | 6000 | 60 | 6.7X10-3 | 1560×1690×1850 不含電源尺寸 | 2400 | SPS燒結(jié) |
S2 | VHPsp-10/35-2400 | 脈沖直流電源 | Φ50~60 | 20 | 10 | 10000 | 100 | 6.7X10-3 | 1560×1690×1850 不含電源尺寸 | 2400 | SPS燒結(jié) |
S3 | VHPsp-10/35-2200 | 脈沖直流電源 | Φ80~100 | 30 | 10 | 16000 | 160 | 6.7X10-3 | 1560×1690×1850 不含電源尺寸 | 2200 | SPS燒結(jié) |
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