パルス通電焼結（PECS）としても知られるスパークプラズマ焼結（SPS）は、パルス直流電流（DC）を用いて、低気圧・一軸力下で粉末材料を急速に加熱・圧密化する技術である。
この方法は、非常に高い加熱・冷却速度を達成できることで知られており、従来の焼結方法に比べて大幅に低い温度で材料を緻密化することができる。
5つのポイント
1.パルス直流電流（DC）
SPSでは、電流はパルス状、つまり周期的にオン・オフされる。
このパルス電流は、特定のプロセス・パラメーターによって、持続時間や周波数を変えることができる。
直流電流は、グラファイトダイを通して、また導電性の材料であれば材料自体を通して印加される。
この電流の直接印加により、材料内で直接熱を発生させることができ、これはジュール加熱として知られるプロセスである。
2.発熱と急速加熱/冷却
ダイと材料は、印加された電流により発熱体として働きます。
この直接加熱メカニズムにより、最大1000℃/分という非常に高い加熱速度と、最大400℃/分という冷却速度が可能になります。
これらの急速な速度は、粗大化プロセスを最小化し、完全な高密度化後も材料固有のナノ構造を維持するために極めて重要である。
3.低温での高密度化
急速加熱と電流の直接印加により焼結プロセスが強化され、従来の焼結法で必要とされる温度よりも通常数百度低い温度での緻密化が可能になります。
これは、高温で劣化する可能性のある材料にとって特に有益である。
4.焼結強化のメカニズム
SPSにおける電流の印加は、表面酸化物の除去、エレクトロマイグレーション、電気塑性など、焼結を促進するいくつかの並行メカニズムを活性化することができる。
これらのメカニズムは、粒子の結合と緻密化を助け、ユニークな特性と組成を持つ材料の形成につながる。
5.応用と利点
SPSは、ナノ構造材料、複合材料、傾斜材料など、さまざまな材料の加工に広く利用されている。
この技術は、サブミクロンまたはナノスケールの構造を持つ材料や、従来の焼結法では達成できなかったユニークな特性を持つ複合材料を作るのに特に有利です。
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