Das Spark-Plasma-Sintern (SPS) ist ein hochentwickeltes Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen mit hoher Dichte und kontrollierten Mikrostrukturen.
Was sind die Phasen des Spark-Plasma-Sinterns? (Die 3 wichtigsten Phasen werden erklärt)
1. Plasmaerwärmung
Der SPS-Prozess beginnt mit der Plasmaerwärmung.
Gepulster Gleichstrom wird an das Material angelegt.
Dies führt zu elektrischen Entladungen zwischen den Pulverpartikeln.
Diese Entladungen bewirken eine örtlich begrenzte und kurzzeitige Erhitzung der Partikeloberflächen.
Die Temperaturen können mehrere tausend Grad Celsius erreichen.
Die Mikroplasmaentladungen bilden sich gleichmäßig im gesamten Probenvolumen.
Dadurch wird sichergestellt, dass die erzeugte Wärme gleichmäßig verteilt wird.
Die Hochtemperaturumgebung reinigt und aktiviert die Partikeloberflächen.
Verunreinigungen werden verdampft und die Partikel für die Fusion vorbereitet.
2. Partikel-Fusion
Nach der Reinigung und Aktivierung der Partikeloberflächen erfolgt im nächsten Schritt das Schmelzen und Verschmelzen dieser Oberflächen.
Die hohen Temperaturen bringen die gereinigten Oberflächenschichten der Partikel zum Schmelzen.
Dadurch bilden sich "Hälse" zwischen benachbarten Partikeln.
Dieser Prozess der Oberflächenverschmelzung ist entscheidend für die anfängliche Konsolidierung des Pulvers zu einer kohäsiven Struktur.
3. Verdichtung
Die letzte Stufe der SPS ist die Verdichtung.
Die verfestigte Struktur wird unter mechanischem Druck weiter verdichtet.
Die Kombination aus schneller Erwärmung und Druckanwendung erleichtert den Sinterprozess.
Dadurch können in kurzer Zeit hohe Dichten erreicht werden.
Diese Phase ist auch durch die Hemmung des Partikelwachstums gekennzeichnet.
Dies trägt dazu bei, ein feinkörniges Gefüge zu erhalten.
Die hohe Sinterenergie und die lokal begrenzten hohen Temperaturen sorgen dafür, dass die inneren Körner der Partikel nicht übermäßig wachsen.
Dies ist vorteilhaft für die Kontrolle der Korngröße des gesinterten Körpers.
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