Sinterització amb plasma d'espurna

Una mena de sinterització que implica tant temperatura com pressió.

La sinterització amb plasma d'espurna (SPS),[1] també coneguda com a tècnica de sinterització assistida de camp (FAST) [2] o sinterització de corrent elèctric polsat (PECS), o compactació per pressió de plasma (P2C) [3] és una tècnica de sinterització.

Disseny simbòlic i esquema del dispositiu.

La característica principal de l'SPS és que el corrent DC o AC polsat o sense pols passa directament a través de la matriu de grafit, així com la pols compacta, en cas de mostres conductores. S'ha trobat que l'escalfament Joule té un paper dominant en la densificació de pols compactes, la qual cosa resulta en aconseguir una densitat gairebé teòrica a una temperatura de sinterització més baixa en comparació amb les tècniques de sinterització convencionals.[4] La generació de calor és interna, a diferència del premsat en calent convencional, on la calor és proporcionada per elements calefactors externs. Això facilita una velocitat d'escalfament o refredament molt elevada (fins a 1000 K/min), per tant el procés de sinterització generalment és molt ràpid (en pocs minuts). La velocitat general del procés assegura que té el potencial de densificar pols amb nanoestructura o nanoestructura, evitant alhora l'engreixament que acompanya les vies de densificació estàndard. Això ha fet que l'SPS sigui un bon mètode per a la preparació d'una varietat de materials amb propietats magnètiques,[5] magnetoelèctriques,[6] piezoelèctriques,[7] termoelèctriques,[8] òptiques [9] o biomèdiques [10] millorades. SPS també s'utilitza per a la sinterització de nanotubs de carboni [11] per al desenvolupament d'elèctrodes d'emissió d'electrons de camp. El funcionament dels sistemes SPS s'explica esquemàticament en un enllaç de vídeo.[12] Tot i que el terme "sinterització de plasma d'espurna" s'utilitza habitualment, el terme és enganyós ja que no hi ha ni una espurna ni un plasma en el procés.[13] S'ha comprovat experimentalment que la densificació es facilita mitjançant l'ús d'un corrent. SPS es pot utilitzar com a eina per a la creació de materials magnètics suaus classificats funcionalment i és útil per accelerar el desenvolupament de materials magnètics.[14] S'ha trobat que aquest procés millora la resistència a l'oxidació [15] i la resistència al desgast [16] dels compostos de carbur de tungstè sinteritzat en comparació amb els mètodes de consolidació convencionals.

Referències

  1. ↑ "Field-Assisted Sintering Technology / Spark Plasma Sintering: Mechanisms,Materials, and Technology Developments", By O. Guillon et al., Advanced Engineering Materials 2014, DOI: 10.1002/adem.201300409, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.201300409/epdf
  2. ↑ KU Leuven - SPS process modeling
  3. ↑ «'sps-p2c». Arxivat de l'original el 2023-02-01. [Consulta: 4 abril 2023].
  4. ↑ Sairam, K.; Sonber, J.K.; Subramanian, C.; Fotedar, R.K.; Nanekar, P. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 42, gener 2014, pàg. 185–192. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2013.09.004.
  5. ↑ Aubert, A.; Loyau, V.; Mazaleyrat, F.; LoBue, M. Journal of the European Ceramic Society, 37, 9, 2017, pàg. 3101–3105. arXiv: 1803.09656. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.036.
  6. ↑ Aubert, A.; Loyau, V.; Mazaleyrat, F.; LoBue, M. IEEE Transactions on Magnetics, 53, 11, 2017, pàg. 1–5. arXiv: 1803.09677. DOI: 10.1109/TMAG.2017.2696162.
  7. ↑ Li et al, Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Fine-Grained Na0.5K0.5NbO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering, Journal of the American Ceramic Society, 89, 2, 706–709, (2006)
  8. ↑ Wang; etal Applied Physics Letters, 88, 9, 2006, pàg. 092104. DOI: 10.1063/1.2181197.
  9. ↑ Kim; etal Scripta Materialia, 57, 7, 2007, pàg. 607–610. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2007.06.009.
  10. ↑ Gu; etal Biomaterials, 23, 1, 2002, pàg. 37–43. DOI: 10.1016/S0142-9612(01)00076-X. PMID: 11762852.
  11. ↑ Talemi; etal Carbon, 50, 2, 2012, pàg. 356–361. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.07.058.
  12. ↑ 'SPS-How it Works?
  13. ↑ Hulbert, D. M.; Anders, A.; Dudina, D. V.; Andersson, J.; Jiang, D. J. Appl. Phys., 104, 3, 2008, pàg. 033305–7. Bibcode: 2008JAP...104c3305H. DOI: 10.1063/1.2963701.
  14. ↑ V. Chaudhary, L. P. Tan, V. K. Sharma, R. V. Ramanujan, Accelerated study of magnetic Fe-Co-Ni alloys through compositionally graded spark plasma sintered samples, Journal of Alloys and Compounds, 869, 159318 (2021), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159318
  15. ↑ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza; Ebrahimzadeh, Iman; Farhang, Mohammad Reza; Sadeghi, Mohsen (en anglès) Ceramics International, 44, 14, 01-10-2018, pàg. 17147–17153. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.06.168. ISSN: 0272-8842.
  16. ↑ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza (en anglès) Ceramics International, 46, 11, Part B, 01-08-2020, pàg. 18487–18497. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.154. ISSN: 0272-8842.