Das Funkenplasmasintern (SPS) ist eine schnelle Sintertechnologie, die Plasmaaktivierung und Heißpressen kombiniert.
Es bietet Vorteile wie schnelle Heizgeschwindigkeit, kurze Sinterzeit, schnelle Abkühlung, einstellbaren Außendruck, kontrollierbare Atmosphäre, Energieeinsparung und Umweltschutz.
SPS wird in großem Umfang für die Herstellung verschiedener neuer Werkstoffe eingesetzt, darunter magnetische Werkstoffe, Gradienten-Funktionswerkstoffe, Nanokeramik, faserverstärkte Keramik und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe.
Wozu dient das Spark-Plasma-Sintern? (5 Hauptvorteile)
1. Schnelle Erwärmung und kurze Sinterzeit
Bei der SPS-Technologie wird ein Impulsstrom direkt zwischen die unter Druck stehenden Pulverpartikel geleitet.
Dadurch werden sie mit einem durch Funkenentladung erzeugten Plasma erhitzt.
Diese Methode ermöglicht ein Kurzzeitsintern bei niedrigen Temperaturen, wobei der Prozess in der Regel innerhalb von Minuten abgeschlossen ist, im Vergleich zu Stunden oder Tagen beim herkömmlichen Sintern.
Dieser schnelle Prozess trägt dazu bei, die ursprünglichen Eigenschaften der Werkstoffe zu erhalten, was insbesondere bei amorphen/nanokristallinen Werkstoffen von Vorteil ist, bei denen das Kornwachstum minimiert werden muss.
2. Breites Spektrum an Anwendungen
SPS wird beim Sintern von Gradienten-Funktionswerkstoffen eingesetzt.
Es ermöglicht die Bildung von Verbindungen zwischen verschiedenen Metallen oder zwischen Metallen und Nichtmetallen, z. B. die Verbindung von Aluminiumoxidkeramik und Metallen.
SPS hat auch Potenzial für Energieumwandlungsanwendungen, wie die Herstellung von Bismuttellurid (BiTe)-Modulen in Peltier-Modulen und thermoelektrischen Seebeck-Halbleiterchips.
Darüber hinaus eignet sich SPS für die schnelle Erstarrung und das Sintern von Materialien wie AlSi und Al-Pulver, bei denen es während des Sinterns zu Kornwachstum kommt.
3. Geeignete Materialien für SPS
SPS eignet sich besonders für Werkstoffe mit hohem Schmelzpunkt wie Titannitrid und Übergangsmetallcarbidnitride.
Es wird auch für keramische Werkstoffe mit ultrahoher Temperatur verwendet und hat gegenüber dem konventionellen Sintern erhebliche Vorteile in Bezug auf Zeit- und Temperaturkontrolle gezeigt.
SPS ist in der Lage, die Nanostruktur von Werkstoffen zu erhalten und eignet sich daher ideal für die Herstellung von Nanowerkstoffen, amorphen Massenlegierungen und funktionalen Gradientenwerkstoffen.
4. Vorteile gegenüber dem konventionellen Sintern
SPS erreicht eine hohe Verdichtung und einen dichten Pressling bei Sintertemperaturen, die um 200 bis 250 °C niedriger sind als beim konventionellen Sintern.
Dies ist auf die gleichzeitige Anwendung von Temperatur und Druck sowie auf die innere Erwärmung der Probe zurückzuführen.
Dadurch wird die Sinterzeit erheblich verkürzt und es sind höhere Heizraten möglich (bis zu 1000°C/min bei SPS gegenüber 5 bis 8°C/min bei herkömmlichen Öfen).
5. Vorteile für Industrie und Umwelt
Durch den Einsatz von SPS wird nicht nur die Sintertemperatur gesenkt und die Sinterdichte verbessert, sondern auch die Sinterzeit erheblich verkürzt.
Dies ist für die industrielle Produktion von Vorteil, da Energie eingespart und die Produktionseffizienz verbessert wird, was den Zielen des Umweltschutzes entgegenkommt.
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