LABOX-6020K 直流脈沖SPS燒結(jié)系統(tǒng) ——AC伺服精密加壓型納米材料制備裝置

更新時間：2026-04-17

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日本SL進(jìn)口的LABOX-6020K 型直流脈沖放電等離子燒結(jié)系統(tǒng) (SPS)——基于AC伺服電機精密加壓控制的納米相材料合成與致密化裝備

1. 摘要

LABOX-6020K型直流脈沖放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)（Spark Plasma Sintering, SPS）是由株式會社シンターランド（Sinterland）研發(fā)的旗艦級材料制備裝備。該系統(tǒng)專為解決大尺寸、高性能新材料（特別是納米相材料）的燒結(jié)與接合難題而設(shè)計。其核心創(chuàng)新在于將20,000A大電流脈沖電源與AC伺服電機精密加壓機構(gòu)相結(jié)合，在實現(xiàn)快速致密化的同時，通過微米級的位移控制，有效抑制了納米晶粒的異常長大，為新材料的科研試制與工業(yè)化生產(chǎn)提供了理想的技術(shù)平臺。

2. 核心技術(shù)參數(shù)

該設(shè)備代表了當(dāng)前放電等離子燒結(jié)技術(shù)的頂尖水平，具體參數(shù)如下表所示：

參數(shù)項目	技術(shù)指標(biāo)
設(shè)備型號	LABOX-6020K
最大燒結(jié)電流	20,000A (直流脈沖輸出)
最大加壓力	600kN (約61.2噸)
最高使用溫度	2500℃ (常用溫度范圍 2200℃)
位移控制精度	1μm (單位)
真空性能	極限真空度 6×10?1 Pa (配備渦輪分子泵)
設(shè)備重量	6000kg

3. 關(guān)鍵技術(shù)特征

3.1 獨的創(chuàng)的AC伺服電機精密加壓控制

傳統(tǒng)SPS設(shè)備多采用液壓加壓方式，難以在低壓力區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高精度的微調(diào)。LABOX-6020K搭載了高響應(yīng)性的AC伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，徹的底的取代了傳統(tǒng)液壓機構(gòu)。

精密控制：實現(xiàn)了從低壓力到高壓力區(qū)域的全范圍精密控制，解決了傳統(tǒng)方式下成型壓力難以精確管理的痛點。
微米級反饋：配合1μm單位的Z軸位移傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測燒結(jié)體的收縮行為，確保納米相材料在燒結(jié)過程中密度均勻，無偏析。

3.2 高效節(jié)能的脈沖電源系統(tǒng)

設(shè)備采用了自主研發(fā)的DC/脈沖逆變器電源。

高能效：相比傳統(tǒng)裝置，該電源大幅降低了電路損耗和不必要的發(fā)熱，不僅減少了30%以上的能耗，還降低了對一次側(cè)電源安裝容量的要求，具有顯著的經(jīng)濟性。
脈沖調(diào)控：具備任意可變的ON/OFF時間控制（ON: 1~999ms, OFF: 1~99ms），能夠根據(jù)納米材料的導(dǎo)電特性靈活調(diào)節(jié)脈沖波形，優(yōu)化燒結(jié)機制。

3.3 納米相材料的快速致密化能力

LABOX-6020K特別適用于對熱歷史敏感的納米材料制備：

極速熱循環(huán)：特殊的通電機構(gòu)支持最高500℃/分的升溫速率，配合高冷卻能力的水冷系統(tǒng)，實現(xiàn)了“短時高溫"燒結(jié)。
晶粒抑制：這種極速燒結(jié)工藝能有效抑制晶粒生長，保留材料的納米級微觀結(jié)構(gòu)（Nano-phase structure），是制備高性能熱電材料、超硬合金及金屬玻璃的關(guān)鍵技術(shù)手段。

3.4 智能化過程監(jiān)控

系統(tǒng)配備了LABOX觸摸屏面板及軟件導(dǎo)向控制系統(tǒng)，支持隨時的軟件升級。

數(shù)據(jù)全記錄：可選配SPS數(shù)據(jù)記錄單元與分析儀，實時監(jiān)控并記錄電流、電壓、溫度、加壓力、變位量（收縮率）及真空度等全參數(shù)。
工藝重現(xiàn)性：通過數(shù)字化的過程管理，確保了從實驗室研發(fā)到批量生產(chǎn)過程中，納米復(fù)合材料性能的高度一致性和可重復(fù)性。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域

基于其大容量（600kN/20kA）與高精度控制特性，LABOX-6020K廣泛應(yīng)用于以下前沿領(lǐng)域：

納米功能材料：納米晶金屬、納米陶瓷的致密化燒結(jié)，防止納米粒子團聚。
能源與電子材料：熱電轉(zhuǎn)換材料、高熱導(dǎo)材料、濺射靶材（Sputtering targets）及超導(dǎo)材料的合成。
生物與環(huán)保材料：人工骨、牙科修復(fù)材料的精密燒結(jié)，以及稀土資源（Rare Metals）的回收再利用。
極的端的環(huán)境材料：硬質(zhì)合金、CBN/金剛石工具、耐磨耐熱材料的制備。

5. 結(jié)論

LABOX-6020K型直流脈沖放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)，通過AC伺服電機帶來的革命性精密加壓控制，與20kA大功率脈沖電源。

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