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sinterización por plasma de 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 pul...

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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 de SPS es que la corriente continua o alterna, pulsada o continua, pasa directamente a través del molde de grafito , así como del compacto de polvo, en el caso de muestras conductoras . Se ha observado que el calentamiento Joule desempeña un papel dominante en la densificación de los compactos de polvo, lo que permite alcanzar 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 se proporciona mediante elementos calefactores externos . Esto facilita una velocidad de calentamiento o enfriamiento muy alta (hasta 1000 K/min), por lo que el proceso de sinterización suele ser muy rápido (en pocos minutos). La velocidad general del proceso garantiza que tenga el potencial de densificar polvos con tamaño o nanoestructura nanométrica , evitando el engrosamiento que acompaña a las rutas de densificación estándar. Esto ha convertido a SPS en un buen método para la preparación de una gama de materiales con propiedades mejoradas magnéticas , [ 5 ] magnetoeléctricas , [ 6 ] piezoeléctricas , [ 7 ] termoeléctricas , [ 8 ] ópticas, [ 9 ] de compresión por choque, [ 10 ] o biomédicas [ 11 ] . SPS también se utiliza para la sinterización de nanotubos de carbono [ 12 ] 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. [ 13 ] Si bien el término "sinterización por plasma de chispa" se usa comúnmente, el término es engañoso ya que no hay ni chispa ni plasma en el proceso. [ 14 ] Se ha verificado experimentalmente que la densificación se facilita mediante el uso de una corriente. SPS puede utilizarse como una herramienta para la creación de materiales magnéticos blandos con gradiente funcional y es útil para acelerar el desarrollo de materiales magnéticos. [ 15 ] Se ha descubierto que este proceso mejora la resistencia a la oxidación [ 16 ] y la resistencia al desgaste [ 17 ] 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 la 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, lo que permite aumentar las velocidades de calentamiento con una homogeneidad optimizada simultáneamente.

En 2012 se instaló en España el sistema de sinterización por prensado en caliente híbrido SPS más grande del mundo [ 18 ] y la fabricación de grandes piezas cerámicas totalmente densas de hasta 400 mm con este sistema está en curso dentro del 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 no se limitan al trabajo de investigación de laboratorio. Con estos equipos se pueden producir a escala comercial productos como chalecos antibalas, toberas de cohetes, compuestos de fibra de carbono y otros materiales híbridos. [ 19 ]

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". International Journal of Refractory Metals and Hard Materials . 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" . Journal of the European Ceramic Society . 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 masivos de alto rendimiento Ag[sub 0.8]Pb[sub 18+x]SbTe[sub 20] 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. ↑ Turnage, Scott A.; Clayton, John D.; Rodriguez, Jonathan; Scharf, Thomas W.; Williams, Cyril L. (2024-01-24). "Compresión de choque planar de compuestos cerámicos B4C y B4C–TiB2 sinterizados por plasma de chispa" . AIP Advances . 14 (1): 015053. doi : 10.1063/5.0181329 . ISSN 2158-3226 . 
  11. ↑ Gu; et al. (2002). "Sinterización por plasma de chispa de polvos de hidroxiapatita". Biomaterials . 23 (1): 37– 43. doi : 10.1016/S0142-9612(01)00076-X . PMID 11762852 .  
  12. ↑ Talemi; et al. (2012). "Fusión de nanotubos de carbono para la fabricación de cátodos de emisión de campo". Carbon . 50 (2): 356– 361. Bibcode : 2012Carbo..50..356H . doi : 10.1016/j.carbon.2011.07.058 . 
  13. ↑ 'SPS: ¿Cómo funciona?
  14. ↑ 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 . 
  15. ↑ V. Chaudhary, LP Tan, VK Sharma, RV Ramanujan, Estudio acelerado de aleaciones magnéticas de Fe-Co-Ni mediante muestras sinterizadas por plasma de chispa con gradiente de composición, Journal of Alloys and Compounds, 869, 159318 (2021), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159318
  16. ↑ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza; Ebrahimzadeh, Iman; Farhang, Mohammad Reza; Sadeghi, Mohsen (2018-10-01). "Comportamiento de oxidación a alta temperatura del compuesto WC-FeAl fabricado mediante sinterización por plasma de chispa" . Ceramics International . 44 (14): 17147– 17153. doi : 10.1016/j.ceramint.2018.06.168 . ISSN 0272-8842 . S2CID 140057751 .  
  17. ↑ Karimi, Hadi; Hadi, Morteza (2020-08-01). "Efecto de las técnicas de sinterización en la estructura y el comportamiento de desgaste por deslizamiento en seco del compuesto WC-FeAl" . Ceramics International . 46 (11, Parte B): 18487–18497 . doi : 10.1016/j.ceramint.2020.04.154 . ISSN 0272-8842 . S2CID 219077175 .  
  18. ↑ CINN-CSIC: SPS-HP híbrido - Galería de fotos
  19. ↑ compactación de la presión del plasma