El sinterizado por plasma de chispa (SPS), también conocido como sinterizado por corriente eléctrica pulsada (PECS), es una técnica que utiliza una corriente eléctrica continua (CC) pulsada para calentar y consolidar rápidamente materiales en polvo a baja presión atmosférica y con una fuerza uniaxial.
Este método es conocido por su capacidad para alcanzar velocidades de calentamiento y enfriamiento muy elevadas, que pueden conducir a la densificación de materiales a temperaturas significativamente más bajas en comparación con los métodos de sinterización convencionales.
Explicación de 5 puntos clave
1. Corriente eléctrica continua pulsada (CC)
En el SPS, la corriente eléctrica es pulsada, lo que significa que se enciende y se apaga en ciclos.
Esta pulsación puede variar en duración y frecuencia, dependiendo de los parámetros específicos del proceso.
La corriente continua se aplica a través del troquel de grafito y, si el material es conductor, a través del propio material.
Esta aplicación directa de corriente permite la generación de calor directamente dentro del material, un proceso conocido como calentamiento Joule.
2. Generación de calor y calentamiento/enfriamiento rápido
El troquel y el material actúan como elementos calefactores debido a la corriente aplicada.
Este mecanismo de calentamiento directo permite alcanzar velocidades de calentamiento muy elevadas, de hasta 1.000 °C/min, y velocidades de enfriamiento de hasta 400 °C/min.
Estas velocidades rápidas son cruciales para minimizar los procesos de engrosamiento y mantener las nanoestructuras intrínsecas del material incluso después de la densificación completa.
3. Densificación a bajas temperaturas
El calentamiento rápido y la aplicación directa de corriente mejoran el proceso de sinterización, permitiendo que la densificación se produzca a temperaturas que suelen ser cientos de grados inferiores a las requeridas en los métodos de sinterización convencionales.
Esto es especialmente beneficioso para materiales que podrían degradarse a temperaturas más altas.
4. Mecanismos de mejora de la sinterización
La aplicación de corriente eléctrica en los SPS puede activar varios mecanismos paralelos que mejoran la sinterización, como la eliminación del óxido superficial, la electromigración y la electroplasticidad.
Estos mecanismos ayudan a la unión y densificación de las partículas, dando lugar a la formación de materiales con propiedades y composiciones únicas.
5. Aplicación y ventajas
La tecnología SPS se utiliza ampliamente para procesar diversos materiales, como materiales nanoestructurados, compuestos y materiales gradientes.
La tecnología es especialmente ventajosa para crear materiales con estructuras submicrónicas o a nanoescala y materiales compuestos con propiedades únicas que no se pueden conseguir con los métodos de sinterización convencionales.
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