スパークプラズマ焼結（SPS）は、パルス電流を利用して粉末材料を加熱・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、加熱速度の高速化、微細構造や特性を制御した材料を製造できるなど、大きな利点があります。
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溶融・融合し、粒子間に「ネック」が形成される。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。
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し、粒子内の粒成長を防ぐため、焼結材料の微細構造の維持に役立ちます。
SPSの利点
