プラズマ焼結、特にスパークプラズマ焼結(SPS)は、パルス電流と機械的圧力を用いて、材料（通常は粉末）を急速に加熱し、高密度化して固体構造にするプロセスである。
この方法は、高い効率と最終製品の微細構造を制御する能力で知られている。
3つの主要ステップ
1.プラズマ加熱
このプロセスは、材料にパルス直流電流（DC）を印加することから始まる。
これにより、粉末粒子間に放電が発生する。
この放電が局所的な高温を発生させ、粒子表面を効果的に加熱する。
2.精製と融合
高温は粒子表面の不純物を気化させ、浄化・活性化させる。
これにより、精製された表面層が溶融し、粒子間に結合または「ネック」が形成される。
3.緻密化と冷却
機械的圧力を加えて、緻密化プロセスをさらに促進する。
急速な加熱と冷却速度により、結晶粒の成長を制御し、微細構造を維持することができる。
詳細説明
プラズマ加熱
SPSプロセスでは、パルスDCを使用して材料に通電します。
その結果、瞬間的な大電流が粒子間の放電を引き起こします。
粒子間の接触面が小さいため、局所的に高温になり、数千℃に達することもあります。
マイクロプラズマ放電によるこの均一な加熱により、熱は試料体積全体に均一に分布します。
精製と融合
高温は粒子を加熱するだけでなく、表面の不純物を気化させることで粒子を精製します。
この精製ステップは、粒子表面の融合を準備するために非常に重要です。
精製された表面は溶融し、溶融材料は隣接する粒子間に結合を形成します。
これは、粒子同士が結合し始める焼結の初期段階である。
緻密化と冷却
最初の融合の後、材料に機械的圧力が加わります。
この圧力と内部加熱が相まって緻密化プロセスが促進され、粒子がより密に詰まります。
SPSの急速加熱とそれに続く冷却により、従来の焼結方法では数時間から数日を要するのに対し、通常は数分しかかからない迅速な焼結サイクルが可能になります。
この迅速なサイクルは、粒径を制御し、焼結材料の機械的特性に不可欠な微細構造を維持するのに役立つ。
訂正と明確化
スパークプラズマ焼結における「プラズマ」という用語は、やや誤解を招きやすいので注意が必要である。
最近の研究によると、このプロセスには実際のプラズマは関与していない。
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）などの別名が提案されている。
この技術は汎用性が高く、セラミックス、複合材料、ナノ構造体など幅広い材料に適用できる。
予備成形や添加物を必要としないため、材料の緻密化と圧密化にとって非常に効率的で制御可能な方法です。
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