Das Spark-Plasma-Sintern (SPS) ist ein Sinterverfahren, bei dem gleichzeitig ein einachsiger Druck und ein gepulster Niederspannungsstrom mit hoher Intensität angewendet werden. Der Mechanismus des SPS lässt sich in vier Hauptphasen zusammenfassen: Vakuumerzeugung, Druckanwendung, Widerstandserhitzung und Abkühlung. Während des Prozesses wird durch eine Funkenentladung zwischen den Partikeln kurzzeitig ein lokaler Hochtemperaturzustand erzeugt, der zu einer beschleunigten Sinterverdichtung und zur Bildung eines hochwertigen Sinterkörpers führt.
1. Erzeugung von Vakuum:
In der ersten Stufe der SPS werden die Gase entfernt und ein Vakuum erzeugt. Dieser Schritt ist entscheidend, um Gaseinschlüsse im Sintermaterial zu verhindern, die dessen Integrität und Eigenschaften beeinträchtigen könnten. Durch die Evakuierung der Atmosphäre wird sichergestellt, dass die nachfolgenden Schritte in einer kontrollierten und sauberen Umgebung stattfinden.2. Druckanwendung:
In der zweiten Stufe wird Druck ausgeübt. Dieser einachsige Druck ist eine Schlüsselkomponente des SPS-Verfahrens, da er zur Verfestigung der Materialpartikel beiträgt. Der Druck trägt zur Verringerung des Abstands zwischen den Partikeln bei und fördert die Bildung von Nasen zwischen den Partikeln, was für die Sinterung unerlässlich ist.
3. Widerstandsheizung:
Die dritte Stufe ist die Widerstandserwärmung, bei der das Material durch einen direkt durch es fließenden Strom erhitzt wird. Der gepulste Gleichstrom erzeugt Joule-Wärme im Material, was zu einer schnellen und gleichmäßigen Erwärmung führt. Dieser Erhitzungsmechanismus unterscheidet sich von der konventionellen Ofenerhitzung, da er eine präzise Steuerung der Temperatur und der Erhitzungsgeschwindigkeit ermöglicht. Die hochintensiven Niederspannungsimpulse erzeugen außerdem eine Funkenentladung an den Kontaktstellen zwischen den Partikeln, wodurch ein lokaler Hochtemperaturzustand entsteht, der den Sinterprozess erleichtert.
4. Abkühlung:
