El sinterizado por plasma, concretamente el sinterizado por plasma de chispa (SPS), es un proceso que utiliza corrientes eléctricas pulsadas y presión mecánica para calentar y densificar rápidamente materiales, normalmente polvos, y convertirlos en estructuras sólidas.
Este método es conocido por su gran eficacia y la capacidad de controlar la microestructura del producto final.
Explicación de los 3 pasos clave
1. 1. Calentamiento por plasma
El proceso comienza con la aplicación de corriente continua (CC) pulsada al material.
Esto provoca descargas eléctricas entre las partículas de polvo.
Estas descargas generan altas temperaturas localizadas, calentando eficazmente las superficies de las partículas.
2. Purificación y fusión
Las altas temperaturas vaporizan las impurezas de la superficie de las partículas, purificándolas y activándolas.
Esto conduce a la fusión de las capas superficiales purificadas, formando enlaces o "cuellos" entre las partículas.
3. Densificación y enfriamiento
Se aplica presión mecánica para mejorar aún más el proceso de densificación.
Las rápidas velocidades de calentamiento y enfriamiento permiten controlar el crecimiento del grano, manteniendo una microestructura fina.
Explicación detallada
Calentamiento por plasma
En el proceso SPS, se utiliza corriente continua pulsada para energizar el material.
Esto da lugar a altas corrientes instantáneas que provocan descargas entre las partículas.
Las pequeñas superficies de contacto entre las partículas dan lugar a altas temperaturas locales, que pueden alcanzar varios miles de grados centígrados.
Este calentamiento uniforme mediante descargas de microplasma garantiza que el calor se distribuya uniformemente por todo el volumen de la muestra.
Purificación y fusión
Las altas temperaturas no sólo calientan las partículas, sino que también las purifican vaporizando las impurezas superficiales.
Este paso de purificación es crucial, ya que prepara las superficies de las partículas para la fusión.
Las superficies purificadas se funden y el material fundido forma enlaces entre las partículas adyacentes, un proceso conocido como formación de cuellos.
Esta es la fase inicial de la sinterización, en la que las partículas empiezan a unirse entre sí.
Densificación y enfriamiento
Tras la fusión inicial, se aplica presión mecánica al material.
Esta presión, combinada con el calentamiento interno, favorece el proceso de densificación, permitiendo que las partículas se empaqueten de forma más compacta.
El calentamiento rápido y el posterior enfriamiento del SPS permiten un ciclo de sinterización rápido, que suele durar sólo unos minutos, en comparación con los métodos de sinterización convencionales, que pueden tardar horas o días.
Este ciclo rápido ayuda a controlar el tamaño del grano y a mantener una microestructura fina, que es esencial para las propiedades mecánicas del material sinterizado.
Corrección y aclaración
Es importante señalar que el término "plasma" en la sinterización por plasma de chispa es algo engañoso.
Investigaciones recientes sugieren que no hay plasma real involucrado en el proceso.
Se han propuesto nombres alternativos como Técnica de Sinterización Asistida por Campo (FAST), Sinterización Asistida por Campo Eléctrico (EFAS) y Sinterización por Corriente Directa (DCS) para describir con mayor precisión el proceso.
Esta técnica es versátil y aplicable a una amplia gama de materiales, como cerámicas, compuestos y nanoestructuras.
No requiere preformado ni aditivos, lo que la convierte en un método muy eficaz y controlable para la densificación y consolidación de materiales.
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