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Sinterización por plasma por chispa

La sinterización por plasma por 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 principal característica del SPS es que la corriente continua o alterna , pulsada o no , pasa directamente a través del troquel 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 compactos de polvo, lo que da como resultado lograr 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, a diferencia del prensado en caliente convencional , donde el calor lo proporcionan elementos calefactores 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 garantiza que tenga el potencial de densificar polvos con nanotamaño o nanoestructura, evitando al mismo tiempo el engrosamiento que acompaña a las rutas de densificación estándar. Esto ha convertido al SPS en un buen método para la preparación de una variedad 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 vídeo. [12] Si bien el término "sinterización por plasma por chispa" se usa comúnmente, el término es engañoso ya que ni una chispa ni un plasma están presentes en el proceso. [13] Se ha comprobado experimentalmente que la densificación se facilita mediante el uso de una corriente. El SPS se puede utilizar como 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 implica 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 simultáneamente optimizada. [ cita necesaria ]

En 2012, se instaló en España el sistema híbrido de sinterización SPS-prensa en caliente más grande del mundo [17] y la fabricación de grandes piezas cerámicas completamente densas de hasta 400 mm con este sistema está en progreso en el marco del proyecto europeo FP7 HYMACER - Hybrid sinterización y mecanizado avanzado de cerámica técnica

Los equipos de sinterización por plasma por chispa, también conocido 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, boquillas de cohetes, compuestos de fibra de carbono y varios otros materiales híbridos se pueden producir a escala comercial utilizando estos equipos. [18]

Ver también

Referencias

  1. ^ "Tecnología de sinterización asistida en campo/sinterización por plasma por 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 por chispa en la densificación y 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 magnetoestricción mejorada de CoFe2O4 inducida por reacción bajo presión uniaxial con SPS". Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 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". Transacciones IEEE sobre magnetismo . 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 Na0.5K0.5NbO3 de grano fino preparadas mediante sinterización por plasma Spark, Journal of the American Ceramic Society, 89, 2, 706–709, (2006)
  8. ^ Wang; et al. (2006). "Materiales termoeléctricos a granel Ag [sub 0,8] Pb [sub 18 + x] SbTe [sub 20] de alto rendimiento fabricados mediante aleación mecánica y sinterización por plasma por chispa". Letras de Física Aplicada . 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 por chispa de polvos de hidroxiapatita". Biomateriales . 23 (1): 37–43. doi :10.1016/S0142-9612(01)00076-X. PMID  11762852.
  11. ^ Talemí; et al. (2012). "Fusión de nanotubos de carbono para la fabricación de cátodos de emisión de campo". Carbono . 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, Alaska (2008). "La ausencia de plasma en la sinterización por plasma por chispa". J. Aplica. Física . 104 (3): 033305–7. Código Bib : 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 de plasma de chispa clasificadas composicionalmente, Journal of Alloys and Compounds, 869, 159318 (2021), https://doi .org/10.1016/j.jallcom.2021.159318
  15. ^ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza; Ebrahimzadeh, Imán; 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 por 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 sobre la estructura y comportamiento de desgaste por deslizamiento en seco del composite 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: SPS-HP híbrido - Galería de fotos
  18. ^ compactación por presión de plasma