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La sinterización por plasma de chispa ( SPS ), [1] también conocida como técnica de sinterización asistida por campo ( FAST ) [2] o sinterización por corriente eléctrica pulsada ( PECS ), o compactación por presión de plasma ( P2C ) [3] es una técnica de sinterización .

La principal característica de SPS es que la corriente continua o alterna pulsada o no pulsada pasa directamente a través del troquel de grafito , así como el compacto de polvo, en el caso de muestras conductoras . Se ha descubierto que el calentamiento por Joule juega un papel dominante en la densificación de los compactos de polvo, lo que da como resultado el logro de una densidad casi teórica a una temperatura de sinterización más baja en comparación con las técnicas de sinterización convencionales. [4] La generación de calor es interna, a diferencia del prensado en caliente convencional , donde el calor es proporcionado por elementos calefactores externos.. Esto facilita una velocidad de calentamiento o enfriamiento muy alta (hasta 1000 K / min), por lo que el proceso de sinterización generalmente es muy rápido (en unos pocos minutos). La velocidad general del proceso asegura que tiene el potencial de densificar polvos con nano tamaño o nanoestructura, evitando el engrosamiento que acompaña a las rutas de densificación estándar. Esto ha hecho de SPS un buen método para la preparación de cerámicas basadas en nanopartículas con propiedades magnéticas , [5] magnetoeléctricas , [6] piezoeléctricas , [7] termoeléctricas , [8] ópticas [9] o biomédicas [10] mejoradas. El SPS también se utiliza para la sinterización de nanotubos de carbono [11]para el desarrollo de electrodos de emisión de electrones de campo . El funcionamiento de los sistemas SPS se explica esquemáticamente en un enlace de video. [12] Si bien el término "sinterización por plasma de chispa" se usa comúnmente, el término es engañoso ya que ni una chispa ni un plasma están presentes en el proceso. [13] Se ha verificado experimentalmente que la densificación se facilita mediante el uso de una corriente.

Un tipo de sinterización que involucra tanto la temperatura como la presión.

Calefacción híbrida

Mediante una combinación del método FAST / SPS con uno o varios sistemas de calentamiento adicionales que actúan desde el exterior de los sistemas de herramientas de prensado, es posible minimizar los gradientes térmicos, lo que permite mejorar las velocidades de calentamiento con una homogeneidad optimizada simultáneamente. [ cita requerida ]

En 2012 se instaló en España el mayor sistema híbrido de sinterización SPS-Hot Press del mundo [14] y se está realizando la fabricación de grandes espacios cerámicos totalmente densos de hasta 400 mm con este sistema en el marco del FP7 European Project HYMACER -HYbrid sinterización y mecanizado avanzado de cerámica técnica

Los equipos de sinterización por plasma de chispa, también conocidos como compactación por presión de plasma (P2C), están disponibles comercialmente ahora y ya no se limitan al trabajo de investigación de laboratorio. Productos como chalecos antibalas, boquillas de cohetes, compuestos de fibra de carbono y varios otros materiales híbridos se pueden producir a escala comercial utilizando estos equipos. [15]

Ver también

Referencias

  1. ^ "Tecnología de sinterización asistida por campo / Sinterización por plasma de chispa: mecanismos, materiales y desarrollos tecnológicos", por O. Guillon et al., Materiales de ingeniería avanzada 2014, DOI: 10.1002 / adem.201300409, http: //onlinelibrary.wiley. com / doi / 10.1002 / adem.201300409 / epdf
  2. ^ KU Leuven - Modelado de procesos SPS
  3. ^ 'sps-p2c
  4. ^ Sairam, K .; Sonber, JK; Subramanian, C .; Fotedar, RK; Nanekar, P .; Hubli, RC (enero de 2014). "Influencia de los parámetros de sinterización por plasma de chispa sobre la densificación y las propiedades mecánicas del carburo de boro". Revista Internacional de Metales Refractarios y Materiales Duros . 42 : 185-192. doi : 10.1016 / j.ijrmhm.2013.09.004 .
  5. ^ Aubert, A .; Loyau, V .; Mazaleyrat, F .; LoBue, M. (2017). "Anisotropía uniaxial y magnetostricción mejorada de CoFe2O4 inducida por reacción bajo presión uniaxial con SPS" . Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 37 (9): 3101–3105. arXiv : 1803.09656 . doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2017.03.036 .
  6. ^ Aubert, A .; Loyau, V .; Mazaleyrat, F .; LoBue, M. (2017). "Mejora del efecto magnetoeléctrico en la bicapa multiferroica CoFe2O4 / PZT por anisotropía magnética uniaxial inducida" . Transacciones IEEE sobre Magnetismo . 53 (11): 1–5. arXiv : 1803.09677 . doi : 10.1109 / TMAG.2017.2696162 .
  7. ^ Li et al, Propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas de cerámica piezoeléctrica sin plomo de grano fino Na0.5K0.5NbO3 preparada por sinterización por plasma de chispa, Revista de la Sociedad Americana de Cerámica, 89, 2, 706-709, (2006)
  8. ^ Wang; et al. (2006). "Materiales a granel termoeléctricos Ag [sub 0.8] Pb [sub 18 + x] SbTe [sub 20] de alto rendimiento fabricados por aleación mecánica y sinterización por plasma de chispa". Letras de Física Aplicada . 88 (9): 092104. doi : 10.1063 / 1.2181197 .
  9. ^ Kim; et al. (2007). "Sinterización por plasma de chispa de alúmina transparente". Scripta Materialia . 57 (7): 607–610. doi : 10.1016 / j.scriptamat.2007.06.009 .
  10. ^ Gu; et al. (2002). "Sinterización por plasma de chispa de polvos de hidroxiapatita". Biomateriales . 23 (1): 37–43. doi : 10.1016 / S0142-9612 (01) 00076-X . PMID 11762852 . 
  11. ^ Talemi; et al. (2012). "Fusión de nanotubos de carbono para la fabricación de cátodos de emisión de campo". Carbono . 50 (2): 356–361. doi : 10.1016 / j.carbon.2011.07.058 .
  12. ^ 'SPS-¿Cómo funciona?
  13. ^ Hulbert, DM; Anders, A .; Dudina, DV; Andersson, J .; Jiang, D .; Unuvar, C .; Anselmi-Tamburini, U .; Lavernia, EJ; Mukherjee, AK (2008). " La ausencia de plasma en la sinterización por plasma de chispa" . J. Appl. Phys . 104 (3): 033305–7. doi : 10.1063 / 1.2963701 .
  14. ^ CINN-CSIC: Híbrido SPS-HP - Galería de fotos
  15. ^ compactación por presión de plasma