Spark Plasma Sinteringทฤษฎี:The SPS

Spark Plasma Sintering
ทฤษฎี:
The SPS process is expected to find increased use in the fabrication of functionally graded materials (FGMs), intermetallic compounds, fiber reinforced ceramics (FRC), metal matrix composites (MMC) and nano crystalline materials, which are difficult to sinter by conventional sintering methods.
The major interest in this process, when the sintering parameters have been mastered, is linked to the extreme rapidity of the thermal treatment.

Spark plasma sintering (SPS) is a newly developed process (a synthesis and processing technique) which makes it possible for sintering and sinter-bonding at low temperatures and short periods by charging the intervals between powder particles with electrical energy and effectively applying a high temperature spark plasma which is generated momentarily.

It is regarded as a rapid sintering method, using self-heating action from inside the powder, similar to self-propagating high temperature synthesis (SHS) and microwave sintering. SPS systems offer many advantages over conventional systems using hot press (HP) sintering, hot isostatic pressing (HIP) or atmospheric furnaces, including ease of operation and accurate control of sintering energy as well as high sintering speed, high reproducibility, safety and reliability.

The SPS process is expected to find increased use in the fabrication of functionally graded materials (FGMs), intermetallic compounds, fiber reinforced ceramics (FRC), metal matrix composites (MMC) and nano crystalline materials, which are difficult to sinter by conventional sintering methods.

Also, it is sufficient to say that the spark plasma sintering (SPS) is a high-speed powder consolidation/sintering technology capable of processing conductive and nonconductive materials. Theories on the SPS process vary, but the most commonly accepted is the micro-spark/plasma concept, which is based on the electrical spark discharge phenomenon wherein a high-energy, low-voltage pulse current momentarily generates spark plasma at high temperatures (many thousands of °C) in fine local areas between particles.

SPS’ operational or “monitored” temperatures (200-2400°C) are commonly 200 to 500°C lower than with conventional sintering, classifying SPS as a lower-temperature sintering technology. Material processing (pressure and temperature rise and hold time) is completed in short periods of approximately 5 to 25 minutes. The relatively low temperatures combined with fast processing times ensure tight control over grain growth and microstructure.

The operation of a SPS unit is shown schematically in Figure 1. It consists of a uniaxial pressure device, in which the water-cooled punches also serve as electrodes, a reaction chamber that can be evacuated, a pulsed direct current (dc) generator and pressure-, position- and temperature regulating systems. In an SPS experiment, a weighed amount of powder is introduced in a die. The die may be built up with various materials, such as carbon, WC, refractory alloys, etc. The major interest in this process, when the sintering parameters have been mastered, is linked to the extreme rapidity of the thermal treatment.

Thus, the consolidation time is greatly decreased from hours, in the case of conventional sintering, to few minutes for the SPS process. Moreover, the sintering temperature can be diminished by a few hundred degrees compared to conventional sintering.



Figure 1: Drawing of an SPS machine


Figure 2: Spark Plasma Sintering Samples
Spark Plasma Processing: Benefits in Sintering

feasibility to consolidate difficult-to-sinter powders
achieving full density in shorter time
higher sintered densities at lower temperatures
significantly less processing time than conventional sintering
finer microstructure and improved Physico-mechanical properties
Three mechanisms contribute to field assisted sintering:
activation of powder particles by pulsed current
resistance heating and pressure application
Activation results in clean grain boundaries; direct grain-to-grain contact, enhanced grain boundary diffusion
Pulse discharge by applying on/off low voltage (~3V) and high current (> 5000 A). Pulse duration 3.3 ms
Pressure applied at constant/variable level
Sintering temperatures low to over 2000°C,
Sintering completed in short periods of ~ 5-20 minutes

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สปาร์คพลาสมาเผาผนึกทฤษฎี:การ SPS คาดว่าจะพบเพิ่มขึ้นใช้ในงานมีการจัดระดับฟังก์ชันวัสดุ (FGMs), สารประกอบ intermetallic เคลือบเสริมใย (FRC), คอมโพสิตโลหะเมทริกซ์ (MMC) และนาโนวัสดุผลึก ซึ่งยากต่อการ sinter โดยวิธีการเผาผนึกแบบธรรมดาสนใจหลักในกระบวนการนี้ เมื่อมีการเข้าใจพารามิเตอร์ sintering เชื่อมโยงกับ rapidity มากรักษาความร้อนสปาร์คพลาสมาเผาผนึก (SPS) เป็นกระบวนการพัฒนาใหม่ (การสังเคราะห์และประมวลผลเทคนิค) ซึ่งทำให้ การเผาผนึก sinter ผ่านงานที่อุณหภูมิต่ำและระยะเวลาสั้น โดยชาร์จช่วงระหว่างอนุภาคผงด้วยพลังงานไฟฟ้า และมีประสิทธิภาพใช้พลาสม่าประกายอุณหภูมิสูงซึ่งสร้างข้ามกล่าวได้ว่าเป็นวิธี sintering อย่างรวดเร็ว ใช้การดำเนินการด้วยตนเองเครื่องทำความร้อนจากภายในผง คล้ายกับการกระจายอุณหภูมิสูงสังเคราะห์ (SHS) และไมโครเวฟเผาผนึกตนเอง ระบบ SPS มีข้อดีมากมายผ่านระบบธรรมดาที่ใช้เผาผนึกกดร้อน (HP) กดผลิตภัณฑ์ร้อน (พ) หรือเตา เผาบรรยากาศ ความง่ายในการดำเนินการและควบคุมความถูกต้องของการเผาผนึกพลังงานตลอดจนการเผาผนึกสูงความเร็ว reproducibility สูง ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือการ SPS คาดว่าจะพบเพิ่มขึ้นใช้ในงานมีการจัดระดับฟังก์ชันวัสดุ (FGMs), สารประกอบ intermetallic เคลือบเสริมใย (FRC), คอมโพสิตโลหะเมทริกซ์ (MMC) และนาโนวัสดุผลึก ซึ่งยากต่อการ sinter โดยวิธีการเผาผนึกแบบธรรมดายัง มันเพียงพอที่จะบอกว่า ที่สปาร์คพลาสมาเผาผนึก (SPS) เป็นผงความเร็วสูง/การเผาผนึกรวมเทคโนโลยีความสามารถในการประมวลผลการผลิตไฟฟ้า และ nonconductive ทฤษฎีในการ SPS ที่แตกต่างกัน แต่ที่ยอมรับมากที่สุดคือ แนวคิดไมโครสปาร์ค/จอพลาสม่า ซึ่งขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ปล่อยประกายไฟฟ้าที่นั้น high-energy แรงดัน ไฟฟ้าต่ำชีพจรปัจจุบันพลาง ๆ สร้างประกายพลาสมาที่อุณหภูมิสูง (มาย° C) ในพื้นที่ท้องถิ่นดีระหว่างอนุภาคSPS ของอุณหภูมิทำงาน หรือ "ตรวจสอบ" (200-2400° C) ได้ทั่วไป 200-500° C ต่ำกว่ากับเผาทั่วไป ประเภท SPS เป็นเทคโนโลยี sintering อุณหภูมิต่ำกว่า วัสดุแปรรูป (ความดันและอุณหภูมิสูงขึ้น และกดค้างไว้เวลา) เสร็จในระยะเวลาสั้นประมาณ 5-25 นาที อุณหภูมิค่อนข้างต่ำรวมกับเร็วพอให้แน่นควบคุมการเจริญเติบโตของข้าวและต่อโครงสร้างจุลภาคการดำเนินงานของหน่วย SPS จะแสดง schematically ในรูปที่ 1 ประกอบด้วยอุปกรณ์ความดัน uniaxial ที่เจาะ water-cooled เสิร์ฟหุงต ห้องปฏิกิริยาที่สามารถอพยพ กำเนิดพัลกระแสตรง (dc) และแรงดัน- ตำแหน่ง - และระบบควบคุมอุณหภูมิ ในการทดลอง SPS จำนวนชั่งน้ำหนักของผงแนะนำในการตาย ตายอาจถูกสร้างขึ้น ด้วยวัสดุต่าง ๆ เช่นคาร์บอน สุขา โลหะผสม refractory ฯลฯ สนใจหลักในกระบวนการนี้ เมื่อมีการเข้าใจพารามิเตอร์ sintering เชื่อมโยงกับ rapidity มากรักษาความร้อนดังนั้น เวลารวมจะมากลดลงจากชั่วโมง ในกรณีทั่วไปเผา การไม่กี่นาทีสำหรับการ SPS นอกจากนี้ อุณหภูมิ sintering สามารถจะลดลง โดยหลายร้อยองศาเมื่อเทียบกับการเผาผนึกแบบธรรมดารูปที่ 1: วาดเครื่องเป็น SPSรูปที่ 2: พลาสม่าจุดประกายเผาผนึกตัวอย่างประมวลผลพลาสม่าจุดประกาย: ประโยชน์ในการเผาผนึกความเป็นไปได้การรวมผงยากการ sinter ผ่านบรรลุความหนาแน่นเต็มในเวลาสั้นความหนาแน่นสูงที่เผาที่อุณหภูมิต่ำลงอย่างมีนัยสำคัญน้อยกว่าปกติเวลาเผาผนึกต่อโครงสร้างจุลภาคที่ปลีกย่อยและปรับปรุงคุณสมบัติและฟิสิกส์เครื่องกลกลไกสามร่วมกับเขตข้อมูลการเผาผนึกความช่วยเหลือ:เปิดใช้งานของอนุภาคผงโดยปัจจุบันพัลต้านทานความร้อนและความดันแอพลิเคชันเปิดใช้งานผลเมล็ดสะอาดขอบ ติดต่อโดยตรงข้าวเมล็ดข้าว เมล็ดข้าวเพิ่มขอบเขตแพร่ชีพจรปล่อย โดย ใช้/ปิดแรงดันต่ำ (~ 3V) และปัจจุบันสูง (> 5000 A) ชีพจรระยะเวลา 3.3 msกดดันในระดับคง / ตัวแปรอุณหภูมิเผาผนึกต่ำกว่า 2000° cเผาผนึกเสร็จสมบูรณ์ในระยะสั้นของ ~ 5-20 นาที

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

Spark พลาสม่าซินเทอริ
ทฤษฎี:
กระบวนการ SPS ที่คาดว่าจะพบการใช้งานที่เพิ่มขึ้นในการผลิตของวัสดุอย่างช้า ๆ ตามหน้าที่ (FGMs) สารประกอบ intermetallic เส้นใยเสริมเซรามิกส์ (FRC) คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ (MMC) และวัสดุผลึกนาโนซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะ เผาโดยวิธีการเผาแบบเดิม
ที่น่าสนใจที่สำคัญในกระบวนการนี้เมื่อพารามิเตอร์การเผาที่ได้รับการเข้าใจการเชื่อมโยงกับความรวดเร็วมากของการรักษาความร้อนเผา Spark พลาสม่า (SPS) เป็นกระบวนการที่พัฒนาขึ้นใหม่ (การสังเคราะห์และการประมวลผลเทคนิค) ซึ่งทำให้มันเป็นไปได้สำหรับการเผาและการเผาพันธะที่อุณหภูมิต่ำและระยะเวลาสั้น ๆ โดยการชาร์จช่วงเวลาระหว่างอนุภาคผงที่มีพลังงานไฟฟ้าและมีประสิทธิภาพการใช้อุณหภูมิสูงพลาสม่าจุดประกายที่จะถูกสร้างขึ้นชั่วขณะมันถือได้ว่าเป็นวิธีการเผาอย่างรวดเร็วโดยใช้ตัวเอง -Heating การกระทำจากภายในผงคล้ายกับการสังเคราะห์ด้วยตัวเองแพร่กระจายอุณหภูมิสูง (SHS) และการเผาไมโครเวฟ ระบบ SPS มีข้อดีกว่าระบบเดิมที่ใช้กดร้อน (HP) เผา isostatic ร้อนกด (HIP) หรือเตาเผาบรรยากาศรวมถึงความสะดวกในการดำเนินงานและการควบคุมความถูกต้องของเผาพลังงานรวมทั้งความเร็วในการเผาสูงผลิตที่ระดับสูง, ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือกระบวนการ SPS ที่คาดว่าจะพบการใช้งานที่เพิ่มขึ้นในการผลิตของวัสดุอย่างช้า ๆ ตามหน้าที่ (FGMs) สารประกอบ intermetallic เส้นใยเสริมเซรามิกส์ (FRC) คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ (MMC) และวัสดุผลึกนาโนซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะเผาโดยวิธีการเผาแบบเดิม . นอกจากนี้ก็เพียงพอที่จะบอกว่าการเผาจุดประกายพลาสม่า (SPS) เป็นความเร็วสูงผงรวม / เทคโนโลยีการเผาที่มีความสามารถในการประมวลผลวัสดุที่นำและไม่นำไฟฟ้า ทฤษฎีเกี่ยวกับกระบวนการ SPS แตกต่างกัน แต่ได้รับการยอมรับกันมากที่สุดคือไมโครจุดประกายแนวคิด / พลาสม่าซึ่งจะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ปล่อยประกายไฟฟ้าซึ่งพลังงานสูงแรงดันต่ำชีพจรปัจจุบันชั่วขณะสร้างพลาสม่าประกายไฟที่อุณหภูมิสูง (หลาย พัน° C) ในพื้นที่ท้องถิ่นที่ดีระหว่างอนุภาคSPS 'การดำเนินงานหรือ "การตรวจสอบ" อุณหภูมิ (200-2400 ° C) เป็นปกติ 200-500 ° C ต่ำกว่าที่มีการเผาแบบเดิมแบ่ง SPS เป็นเทคโนโลยีการเผาที่อุณหภูมิต่ำ การประมวลผลวัสดุ (ความดันและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและถือเวลา) จะแล้วเสร็จในระยะเวลาสั้น ๆ ประมาณ 5-25 นาที อุณหภูมิค่อนข้างต่ำรวมกับเวลาการประมวลผลอย่างรวดเร็วให้การควบคุมแน่นกว่าการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชและจุลภาคการดำเนินงานของหน่วย SPS จะแสดงแผนผังในรูปที่ 1 ประกอบด้วยอุปกรณ์ความดันแกนเดียวซึ่งในเจาะน้ำระบายความร้อนด้วยนอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้า , ห้องปฏิกิริยาที่สามารถอพยพปัจจุบัน (DC) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรงชีพจรและระบบความดัน, position- และอุณหภูมิควบคุม ในการทดลอง SPS, จำนวนเงินที่ชั่งน้ำหนักของผงที่มีการแนะนำในตาย ตายอาจจะถูกสร้างขึ้นด้วยวัสดุต่างๆเช่นคาร์บอน, สุขา, โลหะผสมทนไฟและอื่น ๆ ที่น่าสนใจที่สำคัญในกระบวนการนี้เมื่อพารามิเตอร์การเผาที่ได้รับการเข้าใจการเชื่อมโยงกับความรวดเร็วมากของการรักษาความร้อนดังนั้น เวลารวมจะลดลงอย่างมากจากชั่วโมงในกรณีของการเผาแบบเดิมเพื่อไม่กี่นาทีสำหรับกระบวนการ SPS นอกจากนี้อุณหภูมิการเผาที่สามารถลดลงโดยไม่กี่ร้อยองศาเมื่อเทียบกับการชุมนุมเผารูปที่ 1: รูปวาดของ SPS เครื่องรูปที่ 2: Spark ตัวอย่างพลาสม่าซินเทอริSpark ประมวลผลพลาสม่า: ประโยชน์ใน Sintering ความเป็นไปได้ที่จะรวมผงที่ยากต่อการเผาบรรลุ ความหนาแน่นเต็มรูปแบบในช่วงเวลาที่สั้นกว่าความหนาแน่นสูงเผาที่อุณหภูมิต่ำกว่าเวลาการประมวลผลอย่างมีนัยสำคัญน้อยกว่าการเผาแบบเดิมจุลภาคปลีกย่อยและปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลสามกลไกการมีส่วนร่วมเพื่อช่วยการเผาสนาม: กระตุ้นการทำงานของอนุภาคผงโดยชีพจรปัจจุบันต้านทานความร้อนและการประยุกต์ใช้ความดันผลการเปิดใช้งานในการทำความสะอาด ข้าวเขตแดน; ติดต่อเม็ดต่อเม็ดโดยตรงข้าวเพิ่มขอบเขตการแพร่ปล่อยพัลส์โดยใช้เปิด / ปิดเครื่องแรงดันต่ำ (~ 3V) และปัจจุบันสูง (> 5000) ระยะเวลาชีพจร 3.3 มิลลิวินาทีความดันที่ใช้คงที่ / ตัวแปรระดับอุณหภูมิซินเทอริต่ำกว่า 2000 ° C, ซินเทอริแล้วเสร็จในระยะเวลาสั้น ๆ ประมาณ 5-20 นาที

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

สปาร์กพลาสมาซิน

ทฤษฎี : SP กระบวนการคาดว่าจะหาเพิ่มใช้ในการใช้สอยเกรดวัสดุ ( fgms ) ชนิดสารเสริมใยเซรามิก ( frc ) วัสดุผสมเนื้อโลหะ ( MMC ) และชนิดผลึกนาโนวัสดุที่ยากจะเผาแบบเผาโดยวิธี
ความสนใจหลักในกระบวนการ นี้เมื่อเผาพารามิเตอร์ที่ได้รับการเข้าใจ , เชื่อมโยงกับความรุนแรงของการรักษาความร้อน

สปาร์กพลาสมาซิน ( SP ) คือ กระบวนการที่พัฒนาขึ้นใหม่ ( การสังเคราะห์และเทคนิคการประมวลผล ) ซึ่งจะทำให้มันเป็นไปได้สำหรับการเผาซินเตอร์ที่อุณหภูมิต่ำและพันธะและระยะเวลาสั้น โดยการชาร์จช่วงระหว่างผงที่มีอนุภาคพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพและการใช้อุณหภูมิสูงสปาร์กพลาสมาซึ่งจะถูกสร้างขึ้นชั่วขณะ

มันถือได้ว่าเป็นวิธี เผาอย่างรวดเร็วการใช้ความร้อนด้วยตนเองจากภายใน ผง คล้ายๆกับตนเองเผยแพร่การสังเคราะห์อุณหภูมิสูง ( SHS ) และไมโครเวฟเผาซินเทอร์ ระบบ SPS มีข้อดีกว่าระบบธรรมดาที่ใช้กดร้อน ( HP ) เตรียมกด isostatic ร้อน ( สะโพก ) หรือบรรยากาศเตา รวมถึงความสะดวกในการใช้งานและการควบคุมที่ถูกต้องของการผนึกพลังงานรวมทั้งความเร็วสูงเผา ,คาร์บอนสูง , ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ .

SP กระบวนการคาดว่าจะหาเพิ่มใช้ในการใช้สอยเกรดวัสดุ ( fgms ) ชนิดสารเสริมใยเซรามิก ( frc ) วัสดุผสมเนื้อโลหะ ( MMC ) และชนิดผลึกนาโนวัสดุที่ยากจะเผาแบบเผาโดยวิธี

ยังมันก็เพียงพอที่จะบอกว่า สปาร์กพลาสมาซิน ( SPS ) มีความเร็วสูงรวม / ผงซินเทคโนโลยี ความสามารถในการประมวลผลและการ nonconductive วัสดุ ทฤษฎีเกี่ยวกับ SP กระบวนการแตกต่างกันไป แต่ส่วนใหญ่มักยอมรับแนวคิดจุดประกาย / ไมโครพลาสมา ซึ่งจะขึ้นอยู่กับประกายไฟไหลนั้นเป็นปรากฏการณ์แห่งแรงดันชีพจรปัจจุบันชั่วขณะสร้างสปาร์กพลาสมาที่อุณหภูมิสูง ( หลายพันองศา C ) ในพื้นที่ท้องถิ่นปรับระหว่างอนุภาค .

งาน SP ' หรือ " ตรวจสอบ " อุณหภูมิ ( 200-2400 ° C ) ปกติ 200 ถึง 500 องศา C ต่ำกว่าปกติ กับการจัดหมวดหมู่ SP เป็นเทคโนโลยีลดอุณหภูมิการเผาซินเทอร์การแปรรูปวัสดุ ( เพิ่มขึ้นความดันและอุณหภูมิและเวลาถือ ) เสร็จในเวลาสั้นๆประมาณ 5 ถึง 25 นาที อุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำรวมกับเวลาในการประมวลผลที่รวดเร็วมั่นใจควบคุมแน่นกว่าการเติบโตของเกรนและโครงสร้างจุลภาค .

การดำเนินงานของหน่วย SP จะแสดงแผนผังในรูปที่ 1 ประกอบด้วยอุปกรณ์รับแรงดัน ,ที่เจาะด้วยยังเป็นขั้วไฟฟ้าห้องปฏิกิริยาที่สามารถอพยพ , พัลส์กระแสตรง ( DC ) ไฟฟ้าและความดัน - ตำแหน่ง - และอุณหภูมิที่ควบคุมระบบ ในการทดลอง SP , ชั่งปริมาณผงเป็นที่รู้จักในตาย ตายอาจจะสร้างขึ้นด้วยวัสดุต่างๆ เช่น คาร์บอน , ห้องสุขา , โลหะผสมวัสดุทนไฟ ฯลฯ