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Sinterización por plasma con chispa

La sinterización por plasma de chispa ( SPS ), [1] también conocida como técnica de sinterización asistida por campo ( FAST ) [2] o sinterización por corriente eléctrica pulsada ( PECS ), o compactación por presión de plasma ( P2C ) [3] es una técnica de sinterización .

La característica principal del SPS es que la corriente continua o alterna pulsada o no pulsada pasa directamente a través de la matriz de grafito , así como del compacto de polvo, en el caso de muestras conductoras . Se ha descubierto que el calentamiento Joule desempeña un papel dominante en la densificación de los compactos de polvo, lo que da como resultado la consecución de una densidad cercana a la teórica a una temperatura de sinterización más baja en comparación con las técnicas de sinterización convencionales. [4] La generación de calor es interna, en contraste con el prensado en caliente convencional , donde el calor lo proporcionan elementos de calentamiento externos . Esto facilita una velocidad de calentamiento o enfriamiento muy alta (hasta 1000 K/min), por lo que el proceso de sinterización generalmente es muy rápido (en unos pocos minutos). La velocidad general del proceso asegura que tenga el potencial de densificar polvos con tamaño nanométrico o nanoestructura mientras se evita el engrosamiento que acompaña a las rutas de densificación estándar. Esto ha hecho que el SPS sea un buen método para la preparación de una gama de materiales con propiedades magnéticas [5] , magnetoeléctricas [6] , piezoeléctricas [7] , termoeléctricas [8] , ópticas [9] o biomédicas [10] mejoradas. El SPS también se utiliza para la sinterización de nanotubos de carbono [11] para el desarrollo de electrodos de emisión de electrones de campo . El funcionamiento de los sistemas SPS se explica esquemáticamente en un enlace de video. [12] Si bien el término "sinterización de plasma de chispa" se usa comúnmente, el término es engañoso ya que no hay ni chispa ni plasma presentes en el proceso. [13] Se ha verificado experimentalmente que la densificación se facilita mediante el uso de una corriente. El SPS se puede utilizar como una herramienta para la creación de materiales magnéticos blandos funcionalmente graduados y es útil para acelerar el desarrollo de materiales magnéticos. [14] Se ha descubierto que este proceso mejora la resistencia a la oxidación [15] y la resistencia al desgaste [16] de los compuestos de carburo de tungsteno sinterizado en comparación con los métodos de consolidación convencionales.

Un tipo de sinterización que involucra tanto temperatura como presión.

Calefacción híbrida

Mediante una combinación del método FAST/SPS con uno o varios sistemas de calentamiento adicionales que actúan desde el exterior de los sistemas de herramientas de prensado, es posible minimizar los gradientes térmicos, permitiendo así mejorar las velocidades de calentamiento con una homogeneidad optimizada al mismo tiempo. [ cita requerida ]

En 2012 se instaló en España el sistema híbrido de sinterización SPS-prensa en caliente más grande del mundo [17] y la fabricación de piezas cerámicas de gran tamaño y totalmente densas de hasta 400 mm con este sistema está en curso en el marco del Proyecto Europeo FP7 HYMACER - Sinterización híbrida y mecanizado avanzado de cerámicas técnicas

Los equipos de sinterización por plasma de chispa, también conocidos como sinterización por compactación por presión de plasma (P2C), ya están disponibles comercialmente y ya no se limitan al trabajo de investigación de laboratorio. Productos como chalecos antibalas, toberas de cohetes, compuestos de fibra de carbono y varios otros materiales híbridos se pueden producir a escala comercial utilizando estos equipos. [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Tecnología de sinterización asistida por campo/Sinterización por plasma de chispa: mecanismos, materiales y desarrollos tecnológicos", por 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 - Modelado de procesos SPS
  3. ^ 'sps-p2c
  4. ^ Sairam, K.; Sonber, JK; Subramanian, C.; Fotedar, RK; Nanekar, P.; Hubli, RC (enero de 2014). "Influencia de los parámetros de sinterización por plasma de chispa en la densificación y las propiedades mecánicas del carburo de boro". Revista internacional de metales refractarios y materiales duros . 42 : 185–192. doi :10.1016/j.ijrmhm.2013.09.004.
  5. ^ Aubert, A.; Loyau, V.; Mazaleyrat, F.; LoBue, M. (2017). "Anisotropía uniaxial y magnetostricción mejorada de CoFe2O4 inducida por reacción bajo presión uniaxial con SPS". Revista de la Sociedad Cerámica Europea . 37 (9): 3101–3105. arXiv : 1803.09656 . doi :10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.036. S2CID  118914808.
  6. ^ Aubert, A.; Loyau, V.; Mazaleyrat, F.; LoBue, M. (2017). "Mejora del efecto magnetoeléctrico en la bicapa multiferroica CoFe2O4/PZT mediante anisotropía magnética uniaxial inducida". IEEE Transactions on Magnetics . 53 (11): 1–5. arXiv : 1803.09677 . doi :10.1109/TMAG.2017.2696162. S2CID  25427820.
  7. ^ Li et al, Propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas de cerámicas piezoeléctricas sin plomo de grano fino Na0.5K0.5NbO3 preparadas mediante sinterización por plasma de chispa, Journal of the American Ceramic Society, 89, 2, 706–709, (2006)
  8. ^ Wang; et al. (2006). "Materiales termoeléctricos a granel de Ag[sub 0.8]Pb[sub 18+x]SbTe[sub 20] de alto rendimiento fabricados mediante aleación mecánica y sinterización por plasma de chispa". Applied Physics Letters . 88 (9): 092104. doi :10.1063/1.2181197.
  9. ^ Kim; et al. (2007). "Sinterización por plasma por chispa de alúmina transparente". Scripta Materialia . 57 (7): 607–610. doi :10.1016/j.scriptamat.2007.06.009.
  10. ^ Gu; et al. (2002). "Sinterización por plasma de chispa de polvos de hidroxiapatita". Biomateriales . 23 (1): 37–43. doi :10.1016/S0142-9612(01)00076-X. PMID  11762852.
  11. ^ Talemi; et al. (2012). "Fusión de nanotubos de carbono para la fabricación de cátodos de emisión de campo". Carbon . 50 (2): 356–361. doi :10.1016/j.carbon.2011.07.058.
  12. ^ 'SPS-¿Cómo funciona?
  13. ^ Hulbert, DM; Anders, A.; Dudina, DV; Andersson, J.; Jiang, D.; Unuvar, C.; Anselmi-Tamburini, U.; Lavernia, EJ; Mukherjee, AK (2008). "La ausencia de plasma en la sinterización por plasma de chispa". J. Appl. Phys . 104 (3): 033305–7. Bibcode :2008JAP...104c3305H. doi :10.1063/1.2963701. S2CID  54726651.
  14. ^ V. Chaudhary, LP Tan, VK Sharma, RV Ramanujan, Estudio acelerado de aleaciones magnéticas de Fe-Co-Ni a través de muestras sinterizadas con plasma de chispa de composición graduada, 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 (1 de octubre de 2018). "Comportamiento de oxidación a alta temperatura del compuesto WC-FeAl fabricado mediante sinterización por plasma de chispa". Cerámica Internacional . 44 (14): 17147–17153. doi :10.1016/j.ceramint.2018.06.168. ISSN  0272-8842. S2CID  140057751.
  16. ^ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza (1 de agosto de 2020). "Efecto de las técnicas de sinterización en la estructura y el comportamiento de desgaste por deslizamiento en seco del compuesto WC-FeAl". Cerámica Internacional . 46 (11, Parte B): 18487–18497. doi :10.1016/j.ceramint.2020.04.154. ISSN  0272-8842. S2CID  219077175.
  17. ^ CINN-CSIC: Híbrido SPS-HP - Galería de fotos
  18. ^ compactación por presión de plasma