Le frittage par plasma étincelant (SPS) est une technique de frittage qui implique l'application simultanée d'une pression uniaxiale et d'un courant pulsé de haute intensité et de faible tension.
Le mécanisme du SPS peut être résumé en quatre étapes principales : la création du vide, l'application de la pression, le chauffage par résistance et le refroidissement.
Au cours du processus, un état local à haute température est généré momentanément par une décharge d'étincelles entre les particules, ce qui accélère la densification du frittage et la formation d'un corps fritté de haute qualité.
Quel est le mécanisme du SPS ? (4 étapes clés expliquées)
1. Création du vide
La première étape de la SPS consiste à éliminer les gaz et à créer un vide.
Cette étape est cruciale pour éviter toute inclusion de gaz dans le matériau fritté, qui pourrait compromettre son intégrité et ses propriétés.
En évacuant l'atmosphère, le processus garantit que les étapes suivantes se déroulent dans un environnement contrôlé et propre.
2. Application de la pression
La deuxième étape consiste à appliquer une pression.
Cette pression uniaxiale est un élément clé du procédé SPS, car elle contribue à la consolidation des particules de matériau.
La pression aide à réduire la distance interparticulaire et favorise la formation de cols entre les particules, ce qui est essentiel pour le frittage.
3. Chauffage par résistance
La troisième étape consiste en un chauffage par résistance, où le matériau est chauffé par un courant qui le traverse directement.
Le courant continu pulsé génère de la chaleur par effet Joule dans le matériau, ce qui entraîne un chauffage rapide et uniforme.
Ce mécanisme de chauffage est différent du chauffage conventionnel par four, car il permet un contrôle précis de la température et de la vitesse de chauffage.
Les impulsions de haute intensité et de faible tension créent également une décharge d'étincelles aux points de contact entre les particules, générant un état local de haute température qui facilite le processus de frittage.
4. Refroidissement
L'étape finale est le refroidissement, au cours duquel le matériau fritté est laissé à refroidir dans des conditions contrôlées.
Cette étape est importante pour éviter toute transformation de phase indésirable ou toute fissuration qui pourrait se produire si le matériau refroidissait trop rapidement.
On pense que le processus SPS implique plusieurs phénomènes uniques, tels que l'effet d'auto-échauffement généré par la décharge entre les particules de poudre et le renforcement de la diffusion en vrac et aux joints de grains.
Ces effets contribuent à l'accélération du processus de densification par frittage, ce qui permet de produire des corps frittés de haute qualité à des températures plus basses et en un temps relativement court.
Malgré l'utilisation répandue des SPS, des recherches sont encore en cours pour comprendre pleinement les processus intermédiaires du frittage et pour clarifier le rôle du plasma et des décharges électriques au cours du processus.
Le terme "Spark Plasma Sintering" lui-même a été contesté, car la présence de plasma n'a pas été prouvée sans équivoque.
Néanmoins, le SPS reste une technique précieuse pour le frittage de divers matériaux, offrant des avantages en termes de rapidité, d'efficacité et de contrôle du processus de frittage.
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