পাঠ 9.4আকার দেওয়াঅধ্যায় 9 · পাউডার ও সিরামিক

স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (SPS)

স্পন্দিত কারেন্ট মিনিটের মধ্যে চাপা গ্রাফাইট ডাইকে গরম করে

স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (SPS) গ্রাফাইট ডাইয়ে গুঁড়ো চাপে, আর সেই সময় তার মধ্য দিয়ে বিশাল স্পন্দিত বৈদ্যুতিক কারেন্ট বয়। ডাই নিজেই গরম হয়, তাই গুঁড়ো কয়েক ঘণ্টার বদলে কয়েক মিনিটে ঘন কঠিন হয়ে যায়। ল্যাবগুলো এটি দিয়ে নতুন উপাদান বানায়, যেমন অতি-শক্ত সিরামিক, যা সাধারণ ফার্নেস ঘন করতে হিমশিম খায়।

ছবি: Raihan.Rumman, CC BY-SA 3.0, সূত্র: Wikimedia Commons

স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং · প্রেস কলাম, কারেন্ট লুপ, ঘনীভবনপ্রেস কলাম আধা কাটা অবস্থায় আঁকা; ডানের প্যানেল দেখায় ডাইয়ের ভেতরে কী ঘটে এবং কী বের হয়। বৃত্তাকার সংখ্যাগুলো ধাপের সঙ্গে মেলে।

যেভাবে কাজ করে

ডাই ভরুন। দুটি গ্রাফাইট পাঞ্চের মাঝে একটি গ্রাফাইট ডাইয়ে (পুরু একটি নল) গুঁড়ো ঢালা হয়। অংশটি যাতে ছেড়ে আসে, সে জন্য ডাই সাধারণত গ্রাফাইট ফয়েলে মোড়ানো থাকে।
লোড করুন ও ভ্যাকুয়াম করুন। ডাই স্ট্যাক একটি চেম্বারের ভেতর প্রেসের পানি-ঠান্ডা র‍্যামের মাঝে বসে। বাতাস পাম্প করে বের করা হয় (ভ্যাকুয়াম) বা আর্গন দিয়ে বদলানো হয়, যাতে গরম গ্রাফাইট ও গুঁড়ো পুড়ে না যায়।
চাপুন ও কারেন্ট চালান। র‍্যাম সাধারণত 30–100 MPa-তে চাপে, আর একটি পাওয়ার সাপ্লাই গ্রাফাইটের মধ্য দিয়ে স্পন্দিত ডাইরেক্ট কারেন্ট, কয়েক ভোল্টে হাজার হাজার অ্যাম্পিয়ার, পাঠায়। ডাই ভেতর থেকে বৈদ্যুতিক রেজিস্ট্যান্সে গরম হয়, টোস্টারের তারের মতো, মিনিটে 100 °C বা তার বেশি হারে। নাম সত্ত্বেও সাধারণত কোনো স্ফুলিঙ্গ বা প্লাজমা থাকে না।
অল্প সময় ধরে রাখুন। সর্বোচ্চ তাপমাত্রায় (উপাদানভেদে প্রায়ই 1,000–2,000 °C) সাধারণত 5–10 মিনিট পর কণাগুলো জোড়া লাগে এবং ছিদ্র চেপে বেরিয়ে যায়। গুঁড়ো সংকুচিত হলে র‍্যাম নিচে নামে, যা দেখায় কখন তা ঘন হয়েছে।
ঠান্ডা করুন ও বের করুন। পাওয়ার বন্ধ হলে পানি-ঠান্ডা র‍্যাম দ্রুত তাপ টেনে নেয়। ঘন চাকতিটি ডাই থেকে ঠেলে বের করা হয়, এবং কাটা বা ফিনিশ করার আগে তার গ্রাফাইট ত্বক ঘষে তোলা হয়।

মূল তথ্য

উপাদান: সিরামিক (অ্যালুমিনা, সিলিকন কার্বাইড, বোরাইড), শক্ত ধাতু, টাংস্টেন ও অন্য উচ্চ-গলনাঙ্কের ধাতু, থার্মোইলেকট্রিক, কম্পোজিট, অতি সূক্ষ্ম গুঁড়ো
সাধারণ অংশ: চাকতি ও সরল ব্লক: স্পাটারিং টার্গেট, আর্মার টাইল, কাটিং-টুল ব্ল্যাঙ্ক, গবেষণার নমুনা
অংশের আকার: ল্যাবে বেশিরভাগ 10–50 mm চাকতি; শিল্প মেশিন কয়েক শ মিলিমিটার চওড়া অংশ পর্যন্ত বানায়
নির্ভুলতা: সিন্টার করা অবস্থায় অমসৃণ: ব্যাস ডাই ঠিক করে, পুরুত্ব কম নিখুঁত; চূড়ান্ত সহনশীলতা আসে গ্রাইন্ডিং থেকে
পৃষ্ঠের মান: ধূসর গ্রাফাইট ত্বক, পরে ঘষে বা পালিশ করে তোলা
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: একক অংশ থেকে ছোট ব্যাচ: গবেষণা, প্রোটোটাইপ ও বিশেষ অংশ
টুলিং ও মেশিনের খরচ: গ্রাফাইট ডাই ভোগ্যপণ্য, দাম প্রায় কয়েক দশ থেকে কয়েক শ ডলার; মেশিন কয়েক লাখ ডলার (ল্যাব) থেকে কয়েক মিলিয়ন (শিল্প) পর্যন্ত
গতি: সাধারণত প্রতি রানে 10–30 মিনিট ও ঠান্ডা হওয়ার সময়, একবারে একটি অংশ বা ছোট স্তূপ

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

খুব দ্রুত: ঘণ্টার বদলে মিনিট
গ্রেইন (উপাদানের ক্ষুদ্র স্ফটিক) খুব সূক্ষ্ম রাখে, যা তাকে আরও মজবুত বা এমনকি স্বচ্ছ করতে পারে
বোরাইড ও কার্বাইডের মতো সিন্টার করা কঠিন উপাদান ঘন করে, প্রায়ই সংযোজন ছাড়াই
একটি রানে ভিন্ন উপাদানের স্তর জোড়া লাগাতে পারে

সীমাবদ্ধতা

শুধু সরল আকার: চাকতি, ব্লক, ছোট সিলিন্ডার
ছোট অংশ এবং প্রতি মেশিনে কম উৎপাদন
গ্রাফাইট টুলিং চাপ প্রায় 100 MPa-তে সীমিত করে এবং পৃষ্ঠে কার্বন যোগ করতে পারে
বড় অংশে বা যে গুঁড়ো বিদ্যুৎ পরিবহন করে না তাতে তাপমাত্রা অসম হতে পারে

কোথায় ব্যবহৃত হয়

গবেষণা ল্যাবনতুন সিরামিক, সংকর ও কম্পোজিট; অনেক রেসিপির দ্রুত পরীক্ষা
ইলেকট্রনিক্সথার্মোইলেকট্রিক উপাদান, পাতলা-ফিল্ম কোটিংয়ের জন্য স্পাটারিং টার্গেট
প্রতিরক্ষা ও মহাকাশবোরন কার্বাইড আর্মার, চরম তাপের জন্য সিরামিক
যন্ত্রপাতিকাটিং-টুল ব্ল্যাঙ্ক ও শক্ত ধাতুর অংশ
অপটিকসস্পিনেল জানালার মতো স্বচ্ছ সিরামিক, বেশিরভাগ গবেষণা স্তরে

কীভাবে চিনবেন

চ্যাপ্টা চাকতি বা ছোট সিলিন্ডার, গোল ডাইয়ের হুবহু আকারে।
অসমাপ্ত অংশে ধূসর গ্রাফাইট ত্বক।
প্রায় প্রতিটি তৈরি অংশে ঘষা তল, কারণ SPS অংশ বের হওয়া অবস্থায় কদাচিৎ ব্যবহৃত হয়।