เทคโนโลยีการเผาผนึกของการฉีดขึ้นรูปเซรามิก

วัสดุเซรามิกขั้นสูงเป็นส่วนประกอบสำคัญของวัสดุวิศวกรรมและวัสดุเชิงฟังก์ชัน จึงมีโอกาสนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในสาขาพลังงานใหม่ อิเล็กทรอนิกส์การสื่อสาร เซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ และอุตสาหกรรมอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากผงเซรามิกส่วนใหญ่เป็นสารประกอบพันธะไอออนิกหรือพันธะโควาเลนต์ กระบวนการเผาผนึกแบบดั้งเดิมจึงใช้เพื่อเตรียมวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง วัสดุเซรามิก ต้องใช้ความร้อนเผาที่สูงขึ้นและเวลาในการคงอยู่ที่ยาวนานขึ้น ซึ่งนำไปสู่การที่เมล็ดหยาบและมีรูพรุนตกค้างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และส่งผลต่อคุณสมบัติของ การฉีดขึ้นรูปเซรามิก. เพื่อลด การเผาโลหะ อุณหภูมิ ลดระยะเวลาการเผา ปรับปรุงความหนาแน่นของการเผาและคุณสมบัติของวัสดุ นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีการเผาใหม่ๆ มากมาย

การเผาผนึกด้วยประกายพลาสม่า (SPS)

เทคโนโลยี SPS เป็นเทคโนโลยีการเผาผนึกแบบรวดเร็วชนิดใหม่ที่ได้รับความสนใจและศึกษาอย่างกว้างขวางในแวดวงวิชาการ รูปที่ 1 แสดงหลักการทำงานของเทคโนโลยีนี้

เทคโนโลยี SPS เป็นผู้บุกเบิกการนำกระแสพัลส์ DC มาใช้ กระบวนการเผาผนึกหัวกดทำหน้าที่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าให้ไหลผ่านในขณะที่ใช้แรงกดกับวัสดุ ต่างจากเทคนิคการเผาผนึกแบบดั้งเดิม ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ความร้อนแบบแผ่รังสีจากตัวทำความร้อน SPS ใช้ผลทางความร้อนจากกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ไหลผ่านแม่พิมพ์หรือตัวอย่างตัวนำเพื่อให้ความร้อนแก่วัสดุ สำหรับตัวอย่างที่เป็นฉนวน มักใช้กราไฟต์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเป็นวัสดุแม่พิมพ์ และความร้อนต้านทานของแม่พิมพ์จะใช้เพื่อทำให้ตัวอย่างลอยตัวอย่างรวดเร็ว สำหรับตัวอย่างที่มีตัวนำไฟฟ้า สามารถใช้แม่พิมพ์ฉนวนเพื่อให้ความร้อนแก่กระแสไฟฟ้าโดยตรงผ่านตัวอย่างได้ อัตราการให้ความร้อนสามารถสูงถึง 1,000 องศาเซลเซียสต่อนาที เมื่ออุณหภูมิของตัวอย่างถึงค่าที่ตั้งไว้ การเผาผนึกจะเสร็จสมบูรณ์หลังจากการเก็บรักษาความร้อนเป็นระยะเวลาสั้นๆ

เทคโนโลยี SPS มีข้อดีคืออุณหภูมิการเผาที่ต่ำ เวลาในการคงอยู่สั้น อัตราความร้อนที่รวดเร็ว ความดันการเผาที่ปรับได้ และการเชื่อมต่อแบบหลายฟิลด์ (ไฟฟ้า-กลไก-ความร้อน)

การเผาผนึกแบบแฟลช (FS)

เทคโนโลยี FS ได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 2010 โดย Cologna และคณะจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โดยอิงจากการศึกษาเทคโนโลยีการเผาผงโลหะด้วยความช่วยเหลือภาคสนาม (FAST)

เทคโนโลยี FS เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์กระบวนการสามประการหลัก ได้แก่ อุณหภูมิเตาเผา (Tf), ความเข้มสนามไฟฟ้า (E) และกระแสไฟฟ้า (J) รูปที่ 3C แสดงแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของแต่ละพารามิเตอร์ในกระบวนการ FS แบบดั้งเดิม ในโหมดนี้ สนามไฟฟ้าคงที่จะถูกนำไปใช้กับวัสดุ และอุณหภูมิของเตาเผาจะเพิ่มขึ้นในอัตราคงที่ เมื่ออุณหภูมิเตาเผาต่ำ ค่าความต้านทานของวัสดุจะสูงและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัสดุจะมีขนาดเล็ก เมื่ออุณหภูมิเตาเผาเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานของตัวอย่างจะลดลงและกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ขั้นตอนนี้เรียกว่าขั้นตอนการบ่มเพาะ และระบบจะถูกควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า เมื่ออุณหภูมิเตาเผาสูงขึ้นถึงอุณหภูมิวิกฤต ค่าความต้านทานของวัสดุจะลดลงอย่างกะทันหัน กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และเกิด FS เนื่องจากความเข้มของสนามไฟฟ้ายังคงเสถียรในขณะนี้ กำลังไฟฟ้าของระบบ (W = EJ) จะถึงขีดจำกัดกำลังไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟอย่างรวดเร็ว และระบบจะเปลี่ยนจากการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็นการควบคุมกระแสไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าขั้นตอน FS เมื่อค่าความต้านทานของวัสดุไม่เพิ่มขึ้น ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะคงที่อีกครั้ง และการเผาผนึกจะเข้าสู่ขั้นตอนเสถียร นั่นคือขั้นตอนฉนวนของ FS หลังจากขั้นตอนฉนวน กระบวนการ FS ที่สมบูรณ์จะสิ้นสุดลง

เมื่อเปรียบเทียบกับการเผาแบบดั้งเดิม FS มีข้อดีดังต่อไปนี้: ลดเวลาในการเผาและลดอุณหภูมิเตาที่จำเป็นสำหรับการเผา ยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช สามารถเผาแบบไม่สมดุลได้ มีอุปกรณ์เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ