スパークプラズマ焼結（SPS）は、パルス電流を用いて粉末材料を加熱し緻密化する急速焼結技術である。
このプロセスには、プラズマ加熱、焼結、冷却の3つの主要段階が含まれる。
SPSは、従来の焼結法に比べ、処理時間の短縮、加熱速度の向上、微細構造や特性を制御した材料の製造能力など、大きな利点があります。
4つの主要段階の説明
1.プラズマ加熱
SPSの初期段階では、粉末粒子間の放電により、粒子表面が局所的かつ瞬間的に数千℃まで加熱される。
このマイクロプラズマ放電は試料体積全体に均一に形成されるため、発生した熱は均一に分散される。
高温は、粒子表面に集中する不純物の気化を引き起こし、表面を浄化し活性化する。
この浄化により、粒子の浄化された表面層が融解・融合し、粒子間に「ネック」が形成される。
2.焼結
SPSの焼結段階は、温度と圧力を同時に加えることが特徴で、これにより高密度化がもたらされる。
数時間から数日を要する従来の焼結とは異なり、SPSはわずか数分で焼結プロセスを完了させることができる。
これは、高い加熱速度を発生させるパルスDCを使用したサンプルの内部加熱によって達成されます。
焼結温度での保持時間が短いため（通常5～10分）、全体の焼結時間がさらに短縮されます。
急速な加熱と短い焼結時間は、粗大化や粒成長を防ぎ、サブミクロンやナノスケールの材料を含む、ユニークな組成と特性を持つ材料の創出を可能にする。
3.冷却
焼結段階の後、材料は冷却される。
SPSの急速な加熱と冷却のサイクルは、高温が粒子の表面領域に集中するため、粒子内の粒成長が防止され、焼結材料の微細構造の維持に役立ちます。
4.SPSの利点
SPSは、従来の焼結法に比べていくつかの利点がある。
ナノ構造材料、複合材料、勾配材料な ど、幅広い材料の加工が可能である。
高い焼結率と短いプロセスサイクルにより、従来の方法と比較して、より低い焼結温度で緻密な成形体を製造する効率的な方法です。
さらに、SPSは焼結体の粒径を効果的に制御することができ、これは所望の材料特性を達成するのに有益である。
また、この技術は粉末成形と焼結を単一工程で行うため、予備成形や添加剤・バインダーの使用が不要です。
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