【会员风采】自研SPS筑牢工艺基石，国机金刚石精工锐意引领铜金刚石革新

当高端制造不断向更高功率、更极端工况、更长寿命突破，材料性能的天花板，早已被制备工艺牢牢锁住。传统烧结漫长的高温周期、难以控制的晶粒长大、异质材料薄弱的界面结合，让无数高性能复合材料止步于实验室，无法走向工业化量产。而国产自研SPS放电等离子烧结设备的崛起，正在从底层打破这一产业困局，成为新材料从配方创新到规模化落地的核心支点。

精工锐意自研系列化SPS设备

作为国内先进材料装备与工艺解决方案的核心提供商，国机金刚石精工锐意已实现SPS系列化装备的全自主研发与国产化落地。精工锐意自研SPS设备依托自主可控的核心控制系统与结构设计，具备控温控压精准稳定、人机界面清晰直观、工艺流程操作简便、设备运行安全系数高四大核心优势，既可匹配实验室级新材料研发的高精度参数控制需求，也能支撑工业化量产场景下的长期稳定运行，为国内高端新材料的技术突破与产业升级筑牢装备根基。

精工锐意自研SPS优势：（a）高刚性框架结构设计（b）集成化交互面板（c）高精度伺服液压站（d）大功率稳定脉冲IGBT电源

【重构烧结底层逻辑，覆盖高端制造核心赛道】

区别于传统热压、真空烧结的整体缓慢加热辐射逻辑，锐意自研SPS通过脉冲大电流直接作用于粉末颗粒，利用颗粒间放电产生的瞬时等离子体，实现表面活化、自清洁、极速升温、低温致密化四大核心突破：

极致效率：升温速率最高可达每分钟几百上千摄氏度，烧结周期从数小时压缩至数十分钟，生产效率提升5~20倍，能耗降低70%以上；

性能可控：低温快速烧结有效抑制晶粒粗化，可实现纳米晶粒精准保留，材料强度、硬度、导电导热等本征性能大幅提升；

界面优化：脉冲放电瞬间清除颗粒表面氧化物与杂质，异质材料间实现冶金级结合，大幅降低界面热阻与应力；

适配广泛：可兼容金属、陶瓷、复合材料、梯度功能材料等几乎所有粉末体系，支持从实验室研发到百吨级量产的全场景覆盖。

凭借这些特性，国内外各个厂家均已开始加速布局，SPS 已快速渗透至高端制造的核心赛道：

• 航空航天：可制备高温合金涡轮盘、燃烧室衬套、航天轻量化结构件等近净成形部件，国际航空巨头空客、GE航空均已联合设备厂商开发SPS量产线，用于新一代航空发动机高温部件制造；；

• 电子半导体：可制备高纯度金属溅射靶材、芯片封装散热基板、光伏器件等精密材料，日矿金属、霍尼韦尔等国际材料巨头已实现SPS工艺制备高端靶材与电子材料的规模化量产；

• 先进陶瓷与硬质合金：可制备碳化硅结构件、无粘结剂WC刀具、氮化硅陶瓷轴承等耐磨耐腐部件，全球刀具巨头山特维克、肯纳金属依托SPS技术迭代超硬刀具产品线，性能提升显著；

• 医疗与极端环境：可制备全瓷牙冠、多孔钽骨植入体、核级耐辐照复合材料，登士柏西诺德、施乐辉等国际医疗企业已将SPS用于高端牙科与骨科植入物的工业化生产。

【案例印证：铜金刚石复合材料的工艺突围与价值跃迁】

在所有SPS赋能的新材料中，铜金刚石复合材料是最具代表性的产业突破案例，它直接解决了高功率半导体散热的行业痛点，也印证了“工艺突破决定材料上限”的产业规律。

• 行业困局：异质复合的百年工艺难题

金刚石是自然界导热系数最高的材料，铜兼具优异的导电导热性与加工性能，但铜与金刚石界面润湿性极差，传统工艺下无法形成有效冶金结合，界面热阻居高不下；同时两者热膨胀系数差异巨大，烧结过程中易产生应力开裂，成品孔隙率高，热导率远低于理论预期，且生产周期长、成本高，长期无法规模化应用。

• 破局路径：SPS实现界面级冶金结合

1.表面原位活化：脉冲大电流在颗粒间产生瞬时等离子体，击碎金刚石与铜粉表面的氧化膜与杂质，实现界面自清洁，显著改善润湿性；

2.温压协同致密化：快速升温（100~150℃/min）+轴向压力同步加载，在 900℃左右即可实现近全致密，保温仅需5~10分钟，有效避免金刚石高温劣化与铜晶粒长大；

3.界面梯度过渡：配合金刚石表面微量镀层（Ti、W等），SPS烧结过程中原位形成纳米级TiC/WC过渡层，实现铜基体与金刚石的化学键结合，彻底消除界面空隙。

图示：SPS工艺下金刚石颗粒和铜基体异质界面结合紧密，无烧结孔隙

• 量产落地：性能与成本的双重跃升

对比传统工艺，SPS路线将烧结周期有效控制在1h内，可充分控制生产节拍，实现产业化落地，真正让铜金刚石材料从实验室走向工业量产。目前成熟SPS工艺制备的铜金刚石复合材料（金刚石体积分数30~65%），致密度可达96%~99%，室温热导率突破 650W/(m·K)，热膨胀系数可根据成分设计动态可调，设备及技术已在多家量产型企业中获得验证。

【技术展望：赋能高端制造，开启新材料产业新纪元】

从辅助研发的实验设备，到支撑量产的核心工艺装备，SPS正在掀起一场覆盖材料研发、生产、应用全链条的产业变革。未来，随着高端制造向极致性能持续演进，SPS技术将朝着大尺寸、多腔体、连续自动、多场耦合的方向升级，以兼容更多体系新材料开发合成。

更重要的是，SPS将大幅缩短新材料从配方到量产的周期，降低研发与制造成本，让更多“实验室奇迹”变成“产业现实”，为中国高端制造的自主可控与升级跃迁，提供最底层的工艺支撑。

结语：工艺定义材料上限，材料决定产业高度。SPS点燃的不只是粉末颗粒间的等离子体，更是整个新材料与高端制造产业的创新未来。

精工锐意科技（河南）有限公司（简称“精工锐意”）隶属于国机金刚石（河南）有限公司，是中国机械工业集团在郑州磨料磨具磨削研究所装备板块进行资源整合后组建的高端装备业务平台。

精工锐意致力于超硬材料变革性装备的研发与产业化，产品覆盖金刚石、半导体、粉末冶金等多领域，含气相沉积、精密加工、高温高压、成型烧结等六大系列装备，年产能 4000 台/套。公司拥有国家超硬材料及制品工程技术研究中心、河南省功能金刚石材料创新中心，河南省先进超硬材料装备工程技术研究中心等多个国家、省市科研平台。近三年承担了11项国家工业强基、产业基础再造、制造业高质量发展及央企攻关工程等专项项目。公司目前技术与工艺人员占比约40%，技术实力雄厚，在金刚石生长及精密加工方面有着近10年的技术积累。公司始终坚持以技术创新牵引全产业链协同发展，引领行业核心装备向高端化、智能化、绿色化升级，助力我国超硬材料产业突破国外技术壁垒，实现核心装备自主可控。