スパークプラズマ焼結（SPS）とも呼ばれるプラズマ焼結法は、圧力と電界を利用してセラミックや金属粉末の成形体の密度を高める焼結技術です。
この方法は、従来の焼結技術に比べ、焼結温度の低下と時間の短縮を可能にする。
プロセスには、ガス除去と真空、圧力の印加、抵抗加熱、冷却の4つの主な段階があります。
SPSにおける高い焼結速度は、試料の内部加熱によるもので、パルスDCを使用して局所的な高温を発生させ、粒子間にプラズマ放電を起こすことで達成される。
その結果、粒子の溶融と結合が起こり、緻密な焼結体が形成されます。
プラズマ焼結法とは？4つの主要段階を説明
1.プロセス段階
ガス除去および真空
この初期段階では、焼結プロセスや最終製品の品質に影響を及ぼす可能性のあるガスがない環境を確保します。
加圧
焼結プロセスを促進し、最終製品の密度を高めるために、粉末成形体に圧力を加えます。
抵抗加熱
この段階では、パルスDCを使用して試料内に熱を発生させます。
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加熱され、摂氏数千度に達することもあります。
この加熱は試料全体に均一に分布し、不純物を気化させて粒子表面を浄化・活性化します。
冷却
粒子が溶けて結合した後、試料を冷却して焼結体を固めます。
2.SPSの利点
高い焼結率
従来の焼結では数時間から数日を要する焼結工程を、SPSでは数分で完了させることができます。
これは、内部加熱機構により高い加熱速度が可能なためです。
粒径の制御
高い焼結エネルギーと局所的な加熱により、粒子内の粒成長が抑制されるため、焼結体内の粒径を効果的に制御できます。
汎用性
SPSは、金属加工に限定される他の焼結プロセスとは異なり、セラミックス、複合材料、ナノ構造体など様々な材料に適用できます。
3.誤解と別称
スパークプラズマ焼結」という用語は、実際にはプラズマを伴わないため、やや誤解を招きやすい。
そのため、このプロセスをより正確に表現するために、電界焼結法（FAST）、電界焼結法（EFAS）、直流焼結法（DCS）といった別の名称が提案されています。
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