El sinterizado por plasma de chispa (SPS) es una técnica de sinterización que implica la aplicación simultánea de presión uniaxial y corriente pulsada de alta intensidad y bajo voltaje.
El mecanismo del SPS puede resumirse en cuatro etapas principales: creación de vacío, aplicación de presión, calentamiento por resistencia y enfriamiento.
Durante el proceso, se genera momentáneamente un estado local de alta temperatura mediante una descarga de chispas entre las partículas, lo que conduce a una densificación acelerada de la sinterización y a la formación de un cuerpo sinterizado de alta calidad.
¿Cuál es el mecanismo del SPS? (Explicación de las 4 etapas clave)
1. Creación de vacío
La primera etapa del SPS consiste en eliminar los gases y crear un vacío.
Este paso es crucial para evitar cualquier inclusión de gas en el material sinterizado, lo que podría comprometer su integridad y propiedades.
Al evacuar la atmósfera, el proceso garantiza que las etapas posteriores se produzcan en un entorno controlado y limpio.
2. Aplicación de presión
En la segunda etapa, se aplica presión.
Esta presión uniaxial es un componente clave del proceso SPS, ya que ayuda a la consolidación de las partículas de material.
La presión ayuda a reducir la distancia entre partículas y promueve la formación de cuellos entre las partículas, lo que es esencial para la sinterización.
3. Calentamiento por resistencia
La tercera etapa consiste en el calentamiento por resistencia, en el que el material se calienta mediante una corriente que fluye directamente a través de él.
La corriente continua pulsada genera calor Joule dentro del material, lo que provoca un calentamiento rápido y uniforme.
Este mecanismo de calentamiento es distinto del calentamiento convencional en horno, ya que permite un control preciso de la temperatura y la velocidad de calentamiento.
Los pulsos de alta intensidad y bajo voltaje también crean una descarga de chispas en los puntos de contacto entre partículas, generando un estado local de alta temperatura que facilita el proceso de sinterización.
4. Enfriamiento
La etapa final es el enfriamiento, en la que se deja enfriar el material sinterizado en condiciones controladas.
Esta etapa es importante para evitar cualquier transformación de fase no deseada o el agrietamiento que podría producirse si el material se enfría demasiado rápido.
Se cree que en el proceso SPS intervienen varios fenómenos únicos, como el efecto de autocalentamiento generado por la descarga entre las partículas de polvo y el refuerzo de la difusión en la masa y en los límites de grano.
Estos efectos contribuyen a acelerar el proceso de densificación de la sinterización, lo que permite producir cuerpos sinterizados de alta calidad a temperaturas más bajas y en un tiempo relativamente corto.
A pesar del uso generalizado del SPS, todavía se está investigando para comprender plenamente los procesos intermedios de la sinterización y aclarar el papel del plasma y las descargas eléctricas durante el proceso.
El propio término "Spark Plasma Sintering" ha sido discutido, ya que la presencia de plasma no se ha demostrado de forma inequívoca.
No obstante, el SPS sigue siendo una técnica valiosa para la sinterización de diversos materiales, ya que ofrece ventajas en términos de velocidad, eficacia y control del proceso de sinterización.
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