Der Druck, der für das Spark-Plasma-Sintern (SPS) verwendet wird, kann variieren, aber im Allgemeinen wird es unter ultrahohem Druck, bis zu 8 GPa (Gigapascal), durchgeführt. Die Anwendung von Druck während des SPS erleichtert die Neuanordnung der Körner, verringert die Diffusion während des Sinterprozesses, erhöht die Materialdichte und beseitigt Porosität, was zu einer geringeren Temperatur und Sinterdauer führt.
SPS ist eine relativ neue Technik, die mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Sinterverfahren bietet. Es dauert nur wenige Minuten, um den Sinterprozess abzuschließen, im Vergleich zu Stunden oder sogar Tagen, die für das konventionelle Sintern erforderlich sind. Diese hohe Sintergeschwindigkeit ist bei SPS aufgrund der hohen Heizraten möglich, die durch die interne Erwärmung der Probe leicht erreicht werden können. Die Heizraten in SPS können 300°C/min überschreiten, was ein schnelles Erreichen der gewünschten Temperatur ermöglicht.
Beim SPS-Verfahren führt die gleichzeitige Anwendung von Temperatur und Druck zu einer hohen Verdichtung, so dass ein dichter Pressling bei um 200 bis 250 °C niedrigeren Sintertemperaturen als beim herkömmlichen Sintern entsteht. SPS ermöglicht auch das Sintern von Pulvern in Nanogröße ohne nennenswertes Kornwachstum und eignet sich daher für die Herstellung von nanostrukturierten Keramiken oder Nano-Verbundwerkstoffen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
Der Druck für die SPS wird durch einachsigen Druck und gepulsten Strom mit hoher Intensität und niedriger Spannung erzeugt. Der gepulste Gleichstrom durchfließt das Pulver und erzeugt eine Plasmaentladung zwischen den Partikeln, die eine schnelle Erhitzung und Sinterung bewirkt. Das SPS-Verfahren findet in der Regel im Vakuum oder unter kontrollierter Atmosphäre statt, um Oxidation zu verhindern und Reinheit zu gewährleisten.
Insgesamt bietet SPS eine schnellere Sintergeschwindigkeit, eine präzise Steuerung von Temperatur und Druck sowie die Möglichkeit, Materialien mit einzigartigen Mikrostrukturen und Eigenschaften herzustellen. Sie wird häufig in der Materialwissenschaft, der Nanotechnologie und dem Maschinenbau zur Herstellung von keramischen, metallischen und Verbundwerkstoffen eingesetzt.
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