S1型放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)

技術(shù)方案書

一、                      SPS簡(jiǎn)介及主要特點(diǎn)

1.                      SPS簡(jiǎn)介

S1型放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)統(tǒng)是當(dāng)今的燒結(jié)系統(tǒng)之一,，是在兩電極間施加脈沖電流和軸向壓力進(jìn)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(shí)間短,、組織結(jié)構(gòu)可控,、節(jié)能環(huán)保等鮮明特點(diǎn)，可用來(lái)制備金屬材料,、陶瓷材料,、復(fù)合材料，也可用來(lái)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(wú)顯著長(zhǎng)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(diǎn)

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(lái)的一些現(xiàn)象,，SPS技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)                      可以快速升溫,，快速冷卻，大幅縮短生產(chǎn)時(shí)間,，降低生產(chǎn)成本,，升溫速率可達(dá)200℃/min(根據(jù)材料特性或有些差異)；

2)                      燒結(jié)溫度低（與熱壓燒結(jié)相比,，燒結(jié)溫度可進(jìn)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(shí)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(shí)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(wú)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(shí)際出貨為準(zhǔn)）

二,、                      設(shè)備特點(diǎn)

皓越科技公司此臺(tái)設(shè)備的主要特點(diǎn)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(dòng)化和操控性，燒結(jié) 溫度,，加壓控制,，電流控制等自動(dòng)程控系統(tǒng)為設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。

2)                      設(shè)備搭載了安全停機(jī)功能,，當(dāng)監(jiān)控或偵測(cè)到設(shè)備水溫異常,、模具破損等突發(fā) 狀況時(shí)設(shè)備將自動(dòng)停機(jī)。

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(shí)測(cè)溫度等物理量進(jìn)行保存和調(diào)用,，以對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)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(jí)別 SPS 相比,，耗 電量大幅降低,，可真正有效地實(shí)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(jī)臺(tái),、腔體內(nèi)的施工作業(yè),、維護(hù) 維修等輕松便捷,。

6)                      采用大型液晶觸控操作面板,，可隨時(shí)自行對(duì)位移數(shù)據(jù)以及聯(lián)動(dòng)互鎖等狀態(tài)的 顯示,、報(bào)警顯示,、報(bào)警履歷,、加壓壓力設(shè)定值等進(jìn)行診斷和確認(rèn),。

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(dòng)互鎖功能,，即 使新手上機(jī)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(hào)

本設(shè)備為臥式周期式SPS,，具體型號(hào)為VHPsp-10/35-2200（S3），具體代碼含義如下圖所示：

五,、                      主要技術(shù)參數(shù)

1.       設(shè)備裝料方式： 側(cè)開門裝料

2.       加熱功率：      160KW±10%（以實(shí)際為準(zhǔn)）

3.       最高溫度：      2200℃（設(shè)計(jì)溫度）

4.       工作溫度：      2100℃（驗(yàn)收溫度）（溫度和升溫速度與樣品、模具大小決定）

5.       最快升溫速率：   ≥200℃/min（Φ80 mm樣品）

6.       控溫精度：        ±3℃

7.       樣品直徑：       ≤Φ80mm

8.       壓頭開放高度：    350mm

9.       壓頭行程：        100mm

10.       加熱電壓（V）：    10V

11.       加熱電流：        0-16000A

12.       電極材料導(dǎo)電率（IACS）：≥95%（提供第三方檢測(cè)報(bào)告）

13.       最大壓力：        30T(可根據(jù)要求定制)

14.       加壓方式：       單向加壓，下加壓（由下往上加壓）

15.       壓力控制：       伺服液壓站

16.       壓頭材質(zhì)：       銅合金（水冷）

17.       壓力精度：       ≤±3‰FS（FS 是全量程壓力）

18.       位移精度：        ±0.005mm

19.       極限真空度：      6.7x10-3Pa（空爐,，冷態(tài),，經(jīng)凈化）

20.       真空抽速：       從大氣壓力抽至5 Pa≤20min

21.       壓升率：         ≤ 2Pa/h（空爐,，冷態(tài)，經(jīng)凈化）

22.       測(cè)溫方式：       頂部紅外測(cè)溫,，側(cè)面熱電偶測(cè)溫

23.       紅外測(cè)溫儀：     （測(cè)溫范圍600℃-2800℃）

24.       控溫及測(cè)溫方式：  HMI+PLC+PID程序控溫

溫度<800℃時(shí)K型熱電偶插入模具接觸式測(cè)溫

溫度>800℃時(shí)雙色紅外儀側(cè)部非接觸式測(cè)溫

25.       氣氛系統(tǒng)：       高純氬氣或高純氮?dú)庖宦窔夥?/span>

26.       充氣壓力：       ≤0.02MPa（絕對(duì)壓力,，可調(diào)）

27.       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

28.       冷卻水要求：     水質(zhì)按GB10067.1-88標(biāo)準(zhǔn),，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(dāng)量/L,，溶解性固體＜30mg/L，電導(dǎo)率＜500μS/cm,。

29.       設(shè)備外形尺寸：     1560mm（W）X1500mm（D）X2300mm（H）（以實(shí)際產(chǎn)品尺寸為準(zhǔn)）

30.       設(shè)備重量：         約2.2t

六,、                      結(jié)構(gòu)組成

皓越科技的SPS（S3）設(shè)備主要由爐體、爐架,、真空系統(tǒng),、充氣裝置、測(cè)溫系統(tǒng),、加壓系統(tǒng),、水冷系統(tǒng)、脈沖直流電源,、氣動(dòng)裝置,、電氣控制系統(tǒng)等組成。

七,、                      設(shè)備結(jié)構(gòu)特征

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(dòng)放氣閥等,。爐體下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(tái)及支架構(gòu)成,，上下平臺(tái)焊接 后經(jīng)消除應(yīng)力后,，經(jīng)過嚴(yán)格加工使上下加壓平臺(tái)的中心安裝孔具備良好的同心度,。

3.                      真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)由直聯(lián)泵，擴(kuò)散泵,、氣動(dòng)高真空閥,、真空變送器、真空壓力表,、真空放氣閥,、真空管路等組成，并留有充氣接口,。為減少爐體振動(dòng),，真空管道與泵的連接采用金屬波紋管，真空度由真空變送器測(cè)量,。

真空閥門設(shè)掉電保護(hù)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(dòng)調(diào)整為關(guān)閉狀態(tài),，保護(hù)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(dòng),，防止將震動(dòng)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(jì)、充氣管道等組成,，用于工藝所需充氮?dú)?、氬氣的一路氣氛要求，最大充氣?/span>力≤0.02MPa（微正壓,、表壓）,。

1)       所有氣路管道均采用SUS304材質(zhì)

2)       進(jìn)氣管道采用浮子流量計(jì)控制。

5.                      測(cè)溫系統(tǒng)

測(cè)溫元件采用K型熱電偶和雙色紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫：當(dāng)溫度<800℃時(shí),，K型熱電偶插入模具接觸式測(cè)溫,；溫度>800℃時(shí)，雙色紅外測(cè)溫儀頂部非接觸式測(cè)溫,。配合溫度控制儀進(jìn)行溫度閉環(huán)控制,，測(cè)溫元件測(cè)量溫度并供給溫度控制器控制信號(hào)，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)為液壓?jiǎn)蜗蛳录訅?，加壓壓力為最?/span>30T（可調(diào)）,，加壓行程為100mm,。

壓機(jī)由四立柱及上下橫梁組成，單向下加壓,，加壓油缸固定在橫梁上,，爐體支撐在爐架上，并與下橫梁進(jìn)行固定,，橫梁經(jīng)過嚴(yán)格機(jī)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(zhǎng)。壓頭位移由位移傳感器測(cè)得,，采用光柵尺測(cè)距,，測(cè)量誤差±0.005mm，加壓壓力由載荷傳感器測(cè)量,。

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(zhǎng)、移動(dòng)過程泄漏小等優(yōu)點(diǎn),。

加壓系統(tǒng)由伺服液壓站,、加壓油缸、載荷傳感器,、加壓位移傳感器等組成,，并由電磁閥通過控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，位移傳感器采用光柵尺,?？赏ㄟ^手動(dòng)調(diào)節(jié)加壓壓力，也可自動(dòng)調(diào)節(jié)加壓壓力,，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓,、保壓。

7.                      水冷系統(tǒng)

系統(tǒng)由集成式進(jìn)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(shí)及時(shí)報(bào)警并停止加熱,。

進(jìn)水主管路上設(shè)有電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)水壓不足時(shí)提供信號(hào)給控制系統(tǒng),，然后由控制系統(tǒng)判斷報(bào)警,，啟動(dòng)備用水源系統(tǒng)或切斷電源。

水路特點(diǎn)：

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(bào)警裝置，水流量過低報(bào)警,，水超溫報(bào)警,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。進(jìn)水路欠水壓與加熱PLC互鎖,，水壓低時(shí),，報(bào)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(dòng)反饋，系統(tǒng)故障診斷保護(hù)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(wàn)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(jí)別的通斷時(shí)間可顯著抑制晶粒粗化,，使被加工件能同時(shí)保證達(dá)到納米尺寸的晶粒和致密的要求,。

4)                      重要器件選用進(jìn)口品牌，在使用壽命及輸出穩(wěn)定性達(dá)到工業(yè)級(jí)水準(zhǔn),。

9.                      氣動(dòng)裝置（需選配空壓機(jī)）

由氣動(dòng)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(jī)（可選配）等組成,。可對(duì)氣動(dòng)執(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(dòng)原件運(yùn)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(dòng) PLC+觸摸屏系統(tǒng)，可以手動(dòng),、自動(dòng)切換,。

電源控制系統(tǒng)軟件介紹： 有以下特點(diǎn)：

1)       源控制具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)和自動(dòng)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(bào)警功能,。

2)       溫控系統(tǒng)：全自動(dòng) PLC+觸摸屏系統(tǒng),，可以手動(dòng)、自動(dòng)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(dòng)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(bào)警功能,，能儲(chǔ)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(jī)界面操作系統(tǒng)，畫面友好,，操作簡(jiǎn)單,，響應(yīng)速度快，可對(duì)爐內(nèi)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,。

4)       本設(shè)備可自動(dòng)采集溫度曲線、真空度曲線和燒結(jié)時(shí)間等曲線,，對(duì)各個(gè)工藝參數(shù)（溫度,、真空度）實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(dòng)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(bào)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(biāo)準(zhǔn)制作，所有的儀表及控制元件集中到一個(gè)電控柜內(nèi),。

7)       軟件免費(fèi)升級(jí),。

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(shí)行自動(dòng)控制溫度,，并具有PID自整定功能,，也可根據(jù)用戶需要手動(dòng)控制溫度。

八,、                      安全保護(hù)系統(tǒng)

1.                      電氣聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng),；

2.                      保險(xiǎn)絲；

3.                      電熱過電流保護(hù)裝置,。

九,、                      整機(jī)要求

1.                      電力需求：                        380V，120KVA,，50Hz

2.                      起重設(shè)備：                        ＞3噸

3.                      水源：

1)                      循環(huán)水量：                12m3/h

2)                      水壓：                        0.15~0.3Mpa

3)                      進(jìn)水水溫：                ≤25℃

4.                      壓縮空氣氣源：

1)                      耗量：                        ~3L/s

2)                      壓力：                        ≥0.6Mpa

十,、                      安裝、調(diào)試及驗(yàn)收

1.                      甲方負(fù)責(zé)地基,、氣源,、乙方電控柜的進(jìn)線電纜。進(jìn)回水接到乙方冷卻水箱的總進(jìn)回水口處,。在所有準(zhǔn)備工作完成后,，通知乙方進(jìn)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(chǎng)安裝、調(diào)試并達(dá)到買方正常使用的要求,；

2.                      驗(yàn)收工作完成后,，由雙方共同簽署設(shè)備最終驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

十一、                      培訓(xùn)

1.                      設(shè)備安裝調(diào)試過程中,，賣方同時(shí)對(duì)買方設(shè)備使用人員進(jìn)行必要的操作和維護(hù)保養(yǎng)的培訓(xùn),。經(jīng)培訓(xùn)，用戶技術(shù)人員能夠達(dá)到獨(dú)立正確操作設(shè)備并能判斷故障及簡(jiǎn)單維修,。

2.                      培訓(xùn)計(jì)劃和內(nèi)容：

十二,、                     保固期

機(jī)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(shí)內(nèi)給予回復(fù),，并在72小時(shí)內(nèi)派員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，組織維修,。

長(zhǎng)期優(yōu)惠提供備品備件,。

十四、                     隨機(jī)資料

1.                      操作說(shuō)明書,。

2.                      出廠檢驗(yàn)報(bào)告,。

3.                      安裝調(diào)試必需的圖紙。

十五,、                      選配配件

1.                      冷水機(jī)HCA-10      1臺(tái)

2.                      水路管道及法蘭：   1套

3.                      空壓機(jī)HA-1        1臺(tái)

4.                      脫模機(jī)HD-1        1臺(tái)

5.                      分子泵組/DM或/OD：1臺(tái)

SPS/DCS放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)