スパークプラズマ焼結（SPS）は、従来の焼結法とは大きく異なる、迅速で効率的な焼結技術です。
SPSは、従来の焼結に比べ、より低温・短時間で高い緻密化率を達成し、緻密な成形体を得ることができる。
これは主に、内部加熱機構とプロセス中の温度と圧力の同時印加によるものである。
しかし、SPSはサンプルサイズとスケーラビリティに限界があり、研究開発目的に適している。
従来の焼結とスパークプラズマ焼結の5つの主な違い
1.加熱メカニズム
従来の焼結:外部加熱を利用し、通常5～10℃/分の加熱速度を達成する。
このため、1200℃のような高温に到達するまでの処理時間が長くなり、数時間から数日かかることが多い。
スパークプラズマ焼結（SPS）:内部加熱を採用し、300℃/分を超える非常に高い加熱速度が可能。
これにより、わずか数分で1200℃に到達し、焼結時間を大幅に短縮できる。
2.焼結時間と温度
従来の焼結:高温での長時間保持が必要で、粒成長や粗大化につながる。
SPS:従来法より200～250℃低い温度で、通常5～10分の短い保持時間で高密度化を実現。
この迅速なプロセスは、粒成長を抑制し、細粒焼結を促進する。
3.温度と圧力の同時印加
SPS:急速加熱と加圧を組み合わせることで、より低温で高密度化し、緻密な成形体を形成する。
この同時適用は、SPSが従来の焼結と異なる重要な特徴である。
4.サンプルサイズとスケーラビリティ
SPS:現在のところ、サンプルサイズ（Ø 250 mm）と熱勾配に起因する潜在的な不均一性に制約がある。
これらの制約により、SPSは大規模生産よりもむしろ研究開発に適している。
5.SPSの利点
迅速な焼結:従来の方法に比べ、焼結時間が大幅に短縮される。
精製と活性化焼結:吸着ガスや酸化膜を除去し、粒子表面を活性化することで、難焼結材の焼結性を向上させます。
細粒化焼結:急速昇温により結晶粒成長を抑制し、ナノ結晶材料の作製を可能にします。
広範囲温度焼結:2300℃までの広い温度範囲での焼結が可能です。
密度制御焼結:焼結体の密度を柔軟に制御できます。
温度勾配焼結:金型内に温度勾配を設け、融点の異なる材料の焼結を可能にします。
用途と限界
SPS:金属、セラミック、複合材料など様々な材料の調製に使用される。
粉末粒子を活性化し、不純物を除去することで、焼結の品質と効率を高めます。
制限事項:主な欠点は、試料の大きさと、大きな試料での不均一性であり、これはスケーラビリティに影響し、より広範な産業応用のボトルネックとなる。
まとめると、スパークプラズマ焼結は、速度、効率、微細構造を持つ高品質で高密度な材料を製造できるという点で、従来の焼結よりも大きな利点を提供する。
しかし、現在のところ、サンプルサイズと熱勾配の問題によって適用可能性が制限されており、研究開発目的により適している。
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