Высокоскоростное плазменное спекание порошков металлов и керамики

Технология спекания при воздействии электрического поля (field assisted sintering — FAST) использует электрический ток для ускорения процесса уплотнения различных материалов. Методы FAST можно разделить на две основные категории в зависимости от величины применяемого напряжения: низковольтные и высоковольтные.

Искровое плазменное спекание (ИПС) является наиболее распространенным методом низковольтного спекания, в котором используется джоулев нагрев, генерируемый пропусканием постоянного импульсного тока (до 5000 А) низкого напряжения (обычно менее 10 В) через образец и графитовую оснастку в случае проводящих образцов и только через графитовую матрицу в случае электрически изолированных образцов. Другим методом является высокоскоростное спекание (Flash sintering — FS), которое было изобретено в 2010 году. Этот подход основан на нагреве образца с помощью внешнего источника тепла до определенной температуры, пропускания большого электрического тока, который приводит к консолидации образца за считанные секунды (менее минуты).

Благодаря большому количеству патентов, этот подход, который первоначально был предложен как технология высоковольтного спекания, получил широкое развитие и охватил многие способы спекания с использованием высоко- и низковольтного напряжения. Одним из них является высокоскоростное искровое плазменное спекание (ВИПС), основанное на модификации традиционных подходов ИПС и способе приложения энергии к консолидируемой массе. Изучение влияния скорости нагрева на кинетику консолидации различных материалов позволит получить новые знания об использовании метода ВИПС. Нетепловая особенность ВИПС может свидетельствовать о прямом влиянии электрического тока на усиление явлений массопереноса и, следовательно, его влияние на реакционную способность химически активных систем. Для исследования таких особенностей необходимо использовать различные материалы, например, псевдосплавы в системе Cu-Cr, которые, благодаря нерастворимости составляющих, могут указывать на массоперенос в процессе ВИПС.

Другая категория материалов, рассмотрение которых приводит к лучшему пониманию процесса, это химически активированные системы. Бинарная система Ni-Al является известной модельной системой для фундаментальных исследований реакционных систем, на которой можно эффективно продемонстрировать влияние различных параметров процесса ВИПС на реакционную способность системы. Еще один важный класс материалов это огнеупорная керамика, которая относится к трудноспекаемым материалам.