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(dāng)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(dá)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(zhǔn)）

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(biāo)準(zhǔn)配置。

2)                      設(shè)備搭載了安全停機功能，當(dāng)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(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：

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：      30KW±10%（以實際為準(zhǔn)）

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(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。

28.       設(shè)備外形尺寸：     1290mm（W）X1360mm（D）X2220mm（H）（以實際產(chǎn)品尺寸為準(zhǔn)）

29.       設(shè)備重量：         約1.2t

六、                      結(jié)構(gòu)組成

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。

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(yán)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)

真空系統(tǒng)由直聯(lián)泵、分子泵、氣動高真空閥、真空變送器、真空壓力表、真空放氣閥、冷阱、真空管路等組成，并留有充氣接口。為減少爐體振動，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量。

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(dāng)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(yán)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(dāng)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(dá)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(dá)到工業(yè)級水準(zhǔn)。

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。可對氣動執(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(biāo)準(zhǔn)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

十、                      安裝、調(diào)試及驗收

1.                      甲方負(fù)責(zé)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(zhǔn)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(dá)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(dá)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：

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(dá)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

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