Das Plasmasinterverfahren, auch bekannt als Spark Plasma Sintering (SPS), ist eine Sintertechnik, bei der Druck und ein elektrisches Feld zur Erhöhung der Dichte von keramischen und metallischen Pulverpresslingen eingesetzt werden.
Dieses Verfahren ermöglicht niedrigere Sintertemperaturen und einen geringeren Zeitaufwand als herkömmliche Sintertechniken.
Das Verfahren umfasst vier Hauptphasen: Gasentfernung und Vakuum, Druckanwendung, Widerstandserhitzung und Abkühlung.
Die hohe Sinterrate bei SPS ist auf die innere Erwärmung der Probe zurückzuführen, die durch den Einsatz von gepulstem Gleichstrom zur Erzeugung lokaler hoher Temperaturen und Plasmaentladungen zwischen den Partikeln erreicht wird.
Dies führt zum Schmelzen und Verbinden der Partikel und damit zur Bildung eines dichten Sinterkörpers.
Was ist das Plasma-Sinterverfahren? Die 4 wichtigsten Phasen werden erklärt
1. Prozess-Schritte
Gasentfernung und Vakuum
In dieser ersten Phase wird sichergestellt, dass die Umgebung frei von Gasen ist, die den Sinterprozess oder die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen könnten.
Druckbeaufschlagung
Auf den Pulverpressling wird Druck ausgeübt, um den Sinterprozess zu erleichtern und die Dichte des Endprodukts zu erhöhen.
Widerstandsheizung
In dieser Phase wird mit gepulstem Gleichstrom Wärme in der Probe erzeugt.
Die elektrische Entladung zwischen den Pulverpartikeln führt zu einer lokalen und kurzzeitigen Erwärmung der Partikeloberflächen, die mehrere tausend Grad Celsius erreichen kann.
Diese Erwärmung verteilt sich gleichmäßig über das gesamte Probenvolumen und reinigt und aktiviert die Partikeloberflächen durch Verdampfen von Verunreinigungen.
Abkühlung
Nachdem die Partikel geschmolzen und verbunden sind, wird die Probe abgekühlt, um den Sinterkörper zu verfestigen.
2. Vorteile von SPS
Hohe Sinterrate
SPS kann den Sinterprozess in wenigen Minuten abschließen, während das konventionelle Sintern Stunden oder Tage benötigt.
Dies ist auf den internen Heizmechanismus zurückzuführen, der hohe Heizraten zulässt.
Kontrolle der Korngröße
Die hohe Sinterenergie und die örtlich begrenzte Erwärmung verhindern das Kornwachstum innerhalb der Partikel und ermöglichen eine wirksame Kontrolle der Korngröße im Sinterkörper.
Vielseitigkeit
Im Gegensatz zu anderen Sinterverfahren, die auf die Verarbeitung von Metallen beschränkt sind, kann SPS auf eine Vielzahl von Materialien angewendet werden, darunter Keramik, Verbundwerkstoffe und Nanostrukturen.
3. Missverständnisse und alternative Bezeichnungen
Der Begriff "Spark Plasma Sintering" ist etwas irreführend, da es sich nicht um ein Plasma handelt.
Daher wurden alternative Bezeichnungen wie Field Assisted Sintering Technique (FAST), Electric Field Assisted Sintering (EFAS) und Direct Current Sintering (DCS) vorgeschlagen, um das Verfahren besser zu beschreiben.
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