La sinterizzazione al plasma scintillante (SPS) è una tecnica di sinterizzazione sofisticata. Combina una pressione monoassiale con una corrente continua pulsata ad alta intensità e basso voltaggio. Questo metodo è particolarmente efficace per la lavorazione di una varietà di materiali. Tra questi, i materiali nanostrutturati, i compositi e i materiali a gradiente.
5 fasi chiave del processo SPS
Creazione del vuoto
La prima fase prevede la rimozione dei gas per creare un ambiente sotto vuoto. È fondamentale per garantire che le fasi successive avvengano in condizioni controllate. È privo di interferenze atmosferiche.
Applicazione della pressione
Nella seconda fase viene applicata una pressione monoassiale. Questa pressione favorisce la compattazione delle particelle di materiale. Favorisce il loro allineamento e la loro interazione.
Riscaldamento a resistenza
La terza fase prevede il riscaldamento a resistenza. Viene applicata una corrente continua pulsata. Questa corrente riscalda il materiale attraverso la resistenza. Si crea uno stato locale ad alta temperatura che può raggiungere diverse migliaia di gradi Celsius.
Il raffreddamento
La fase finale è il raffreddamento. Il materiale viene lasciato raffreddare in condizioni controllate. Ciò consente di ottenere le proprietà finali desiderate.
Meccanismo della SPS
La SPS utilizza corrente continua pulsata. Questa è una caratteristica distintiva rispetto alle altre tecniche di sinterizzazione. La corrente scorre direttamente attraverso la matrice di grafite e il campione. Riscalda il materiale attraverso la resistenza.
Effetto plasma a scintilla
Il termine "spark plasma" suggerisce la presenza di plasma e scariche elettriche durante il processo. Tuttavia, non esistono prove inequivocabili di questi fenomeni. Ciò porta a continui dibattiti sulla terminologia e sui meccanismi.
Vantaggi della SPS
L'SPS consente una rapida densificazione dei materiali. Consente di ottenere corpi sinterizzati di alta qualità a temperature inferiori e in tempi più brevi rispetto ai metodi di sinterizzazione tradizionali. La corrente pulsata e la pressione inibiscono la crescita delle particelle. Ciò consente di creare materiali con composizioni e proprietà uniche. L'SPS è versatile. Può essere utilizzata per un'ampia gamma di materiali. Tra questi, polveri conduttive e non conduttive, materiali nanostrutturati e compositi.
Contesto storico
Il concetto di SPS è nato a metà del XX secolo. Il primo brevetto è di Inoue. Il termine SPS è stato introdotto successivamente dai produttori giapponesi di macchine commerciali. Inizialmente la tecnica era diffusa in Giappone e in alcuni paesi dell'Estremo Oriente. Da allora si è diffusa anche nei Paesi occidentali. In particolare negli istituti di ricerca e negli ambienti industriali.
Studi scientifici
Gli studi di SW Wang e LD Chen hanno esplorato la sinterizzazione SPS sia su polvere di Cu conduttiva che su polvere di Al2O3 non conduttiva. Questi studi evidenziano l'efficacia della sinterizzazione SPS nel raggiungere la densificazione e proprietà uniche del materiale.
In sintesi, la sinterizzazione al plasma di scintilla (SPS) è una tecnica di sinterizzazione molto efficace. Sfrutta la pressione monoassiale e la corrente continua pulsata per ottenere una rapida densificazione e proprietà uniche del materiale. Nonostante i dibattiti in corso sugli esatti meccanismi e sulla terminologia, l'SPS ha dimostrato di essere uno strumento prezioso per la lavorazione dei materiali. In particolare per i materiali nanostrutturati e i compositi.
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