Come parte importante dei materiali ingegneristici e funzionali, i materiali ceramici avanzati hanno ampie prospettive di applicazione nei settori delle nuove energie, dell'elettronica delle comunicazioni, dei semiconduttori, aerospaziale e in altri settori industriali. Tuttavia, poiché la polvere ceramica è per lo più un composto con legami ionici o covalenti, il tradizionale processo di sinterizzazione per preparare materiali densi materiali ceramici richiede una temperatura di sinterizzazione più elevata e un tempo di mantenimento più lungo, che inevitabilmente porta all'ingrossamento dei grani e alla porosità residua, e quindi influisce sulle proprietà di stampaggio a iniezione di ceramicaPer ridurre sinterizzazione dei metalli temperatura, riduzione del tempo di sinterizzazione, miglioramento della densità di sinterizzazione e delle proprietà dei materiali, i ricercatori hanno sviluppato una serie di nuove tecnologie di sinterizzazione.
Sinterizzazione al plasma a scintilla (SPS)
La tecnologia SPS è un nuovo tipo di tecnologia di sinterizzazione rapida ampiamente studiata e studiata in ambito accademico. La FIG. 1 ne mostra il principio di funzionamento.
La tecnologia SPS ha introdotto per prima una corrente impulsiva in corrente continua processo di sinterizzazioneL'indentatore funge da vettore per il passaggio della corrente mentre applica pressione al materiale. A differenza delle tecniche di sinterizzazione tradizionali, che in genere utilizzano il riscaldamento radiante di un corpo riscaldante, la SPS sfrutta l'effetto termico di una forte corrente elettrica che attraversa uno stampo o un campione conduttore per riscaldare il materiale. Per i campioni isolanti, si utilizza solitamente grafite con buona conduttività elettrica come materiale dello stampo e il calore di resistenza dello stampo viene sfruttato per far salire rapidamente il campione. Per i campioni conduttivi, è possibile utilizzare uno stampo isolante per riscaldare la corrente direttamente attraverso il campione. La velocità di riscaldamento può raggiungere i 1000 °C/min. Quando la temperatura del campione raggiunge il valore impostato, la sinterizzazione può essere completata dopo un breve periodo di conservazione del calore.
La tecnologia SPS presenta i vantaggi di una bassa temperatura di sinterizzazione, un breve tempo di mantenimento, una rapida velocità di riscaldamento, una pressione di sinterizzazione regolabile e un accoppiamento multicampo (elettrico-meccanico-termico).
Sinterizzazione flash (FS)
La tecnologia FS è stata segnalata per la prima volta nel 2010 da Cologna et al dell'Università del Colorado, sulla base dello studio della tecnologia di sinterizzazione di polvere metallica assistita sul campo (FAST)
La tecnologia FS coinvolge principalmente tre parametri di processo: temperatura del forno (Tf), intensità di campo (E) e corrente (J). La Figura 3C mostra l'andamento della variazione di ciascun parametro nel processo FS tradizionale. In questa modalità, un campo elettrico costante viene applicato al materiale e la temperatura del forno aumenta a velocità costante. Quando la temperatura del forno è bassa, la resistività del materiale è elevata e la corrente che lo attraversa è bassa. Con l'aumento della temperatura del forno, la resistività del campione diminuisce e la corrente aumenta gradualmente. Questa fase è chiamata fase di incubazione e il sistema è controllato in tensione. Quando la temperatura del forno raggiunge la temperatura critica, la resistività del materiale diminuisce improvvisamente, la corrente aumenta bruscamente e si verifica FS. Poiché l'intensità del campo è ancora stabile in questo momento, la potenza del sistema (W = EJ) raggiungerà rapidamente il limite di potenza dell'alimentatore e il sistema passerà dal controllo in tensione al controllo in corrente, fase chiamata FS. Quando la resistività del materiale non aumenta, l'intensità del campo si stabilizza nuovamente e la sinterizzazione entra nella fase stabile, ovvero la fase di isolamento di FS. Dopo la fase di isolamento, il processo FS completo termina.
Rispetto alla sinterizzazione tradizionale, la FS presenta i seguenti vantaggi: riduce i tempi di sinterizzazione e la temperatura del forno necessaria per la sinterizzazione, inibisce la crescita dei grani, può ottenere una sinterizzazione non in equilibrio, attrezzatura semplice, basso costo.
Data di pubblicazione: 07-06-2022