पाठ 9.4आकार देनाअध्याय 9 · पाउडर और सिरेमिक

स्पार्क प्लाज़्मा सिंटरिंग (SPS)

पल्स वाली धारा दबे ग्रेफ़ाइट डाई को मिनटों में गर्म करती है

स्पार्क प्लाज़्मा सिंटरिंग (SPS) पाउडर को ग्रेफ़ाइट डाई में दबाती है जबकि उसमें से भारी पल्स वाली विद्युत धारा गुज़रती है। डाई खुद गर्म होती है, इसलिए पाउडर घंटों की जगह मिनटों में सघन ठोस बन जाता है। लैब इसका उपयोग नई सामग्रियाँ बनाने के लिए करती हैं, जैसे अति-कठोर सिरेमिक, जिन्हें साधारण भट्टियाँ मुश्किल से सघन कर पाती हैं।

फ़ोटो: Raihan.Rumman, CC BY-SA 3.0, स्रोत: Wikimedia Commons

स्पार्क प्लाज़्मा सिंटरिंग · प्रेस कॉलम, धारा का लूप, सघनीकरणप्रेस कॉलम आधा कटा हुआ दिखाया गया है; दाईं ओर का पैनल दिखाता है कि डाई के भीतर क्या होता है और क्या निकलता है। घेरे में लिखे नंबर चरणों से मेल खाते हैं।

यह कैसे काम करती है

डाई भरें। पाउडर दो ग्रेफ़ाइट पंचों के बीच ग्रेफ़ाइट डाई (मोटी ट्यूब) में डाला जाता है। डाई पर आमतौर पर ग्रेफ़ाइट फ़ॉइल का अस्तर होता है ताकि पार्ट आसानी से निकल सके।
लोड करें और हवा निकालें। डाई स्टैक चैंबर के भीतर प्रेस के पानी से ठंडे किए रैमों के बीच जाता है। हवा निकाल दी जाती है (वैक्यूम) या आर्गन से बदल दी जाती है, ताकि गर्म ग्रेफ़ाइट और पाउडर जल न जाएँ।
दबाएँ और धारा गुज़ारें। रैम आमतौर पर 30–100 MPa पर दबाते हैं जबकि पावर सप्लाई ग्रेफ़ाइट से पल्स वाली डायरेक्ट करंट भेजती है, कुछ वोल्ट पर हज़ारों एम्पियर। डाई विद्युत प्रतिरोध से भीतर से गर्म होती है, जैसे टोस्टर का तार, 100 °C प्रति मिनट या ज़्यादा की गति से। नाम के बावजूद, आमतौर पर कोई चिंगारी या प्लाज़्मा नहीं होता।
थोड़ी देर रोकें। चरम तापमान पर आमतौर पर 5–10 मिनट (सामग्री के अनुसार अक्सर 1,000–2,000 °C) के बाद कण जुड़ जाते हैं और छिद्र निचुड़ जाते हैं। पाउडर सिकुड़ने पर रैम नीचे खिसकता है, जिससे पता चलता है कि वह कब सघन हो गया।
ठंडा करें और बाहर निकालें। पावर बंद होने पर पानी से ठंडे रैम गर्मी जल्दी खींच लेते हैं। सघन डिस्क डाई से बाहर दबाई जाती है, और काटने या फ़िनिशिंग से पहले उसकी ग्रेफ़ाइट की परत घिसकर हटा दी जाती है।

मुख्य तथ्य

सामग्री: सिरेमिक (एल्युमिना, सिलिकॉन कार्बाइड, बोराइड), कठोर धातुएँ, टंगस्टन और दूसरी ऊँचे गलनांक वाली धातुएँ, थर्मोइलेक्ट्रिक, कंपोजिट, बहुत बारीक पाउडर
आम पार्ट: डिस्क और सरल ब्लॉक: स्पटरिंग टार्गेट, कवच की टाइलें, कटिंग-टूल ब्लैंक, शोध के नमूने
पार्ट का आकार: लैबों में ज़्यादातर 10–50 mm की डिस्क; औद्योगिक मशीनें कुछ सौ मिलीमीटर चौड़े तक के पार्ट बनाती हैं
सटीकता: सिंटर होने पर खुरदरे: व्यास डाई तय करती है, मोटाई कम सटीक; अंतिम टॉलरेंस ग्राइंडिंग से आती है
सतह की फ़िनिश: स्लेटी ग्रेफ़ाइट की परत, जिसे बाद में घिसकर या पॉलिश करके हटाया जाता है
किस बैच साइज़ के लिए उपयुक्त: इकलौते पार्ट से छोटे बैच तक: शोध, प्रोटोटाइप और विशेष पार्ट
टूलिंग और मशीन की लागत: ग्रेफ़ाइट डाई उपभोज्य हैं और लगभग दसियों से सैकड़ों डॉलर की; मशीनें कुछ सौ हज़ार डॉलर (लैब) से मिलियनों (औद्योगिक) तक
गति: आमतौर पर प्रति रन 10–30 मिनट और साथ में ठंडा होना, एक बार में एक पार्ट या छोटा स्टैक

ताक़तें और सीमाएँ

खूबियाँ

बहुत तेज़: घंटों की जगह मिनट
दानों (सामग्री के नन्हे क्रिस्टलों) को बहुत बारीक रखती है, जिससे वह ज़्यादा मज़बूत या पारदर्शी भी हो सकती है
बोराइड और कार्बाइड जैसी मुश्किल से सिंटर होने वाली सामग्रियों को सघन बनाती है, अक्सर बिना किसी योजक के
एक रन में अलग-अलग सामग्रियों की परतें जोड़ सकती है

सीमाएँ

केवल सरल आकार: डिस्क, ब्लॉक, छोटे बेलन
छोटे पार्ट और प्रति मशीन कम उत्पादन
ग्रेफ़ाइट टूलिंग दबाव को लगभग 100 MPa तक सीमित करती है और सतह में कार्बन जोड़ सकती है
बड़े पार्ट में या जो पाउडर संचालन नहीं करते उनमें तापमान असमान हो सकता है

कहाँ इस्तेमाल होती है

शोध लैबनए सिरेमिक, मिश्रधातुएँ और कंपोजिट; कई नुस्ख़ों के तेज़ परीक्षण
इलेक्ट्रॉनिक्सथर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियाँ, थिन-फ़िल्म कोटिंग के लिए स्पटरिंग टार्गेट
रक्षा और एयरोस्पेसबोरॉन कार्बाइड कवच, अत्यधिक गर्मी के लिए सिरेमिक
औज़ारकटिंग-टूल ब्लैंक और हार्ड-मेटल पार्ट
ऑप्टिक्सस्पिनल खिड़कियों जैसे पारदर्शी सिरेमिक, ज़्यादातर शोध के स्तर पर

इसे कैसे पहचानें

समतल डिस्क या छोटे बेलन, बिल्कुल गोल डाई के आकार के।
अधूरे पार्ट पर स्लेटी ग्रेफ़ाइट की परत।
लगभग हर तैयार पार्ट पर घिसी हुई सतहें, क्योंकि SPS के पार्ट शायद ही कभी जैसे निकलते हैं वैसे इस्तेमाल होते हैं।

तुलना करें

हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग9.3गैस से हर ओर से दबाती है और जटिल आकार संभालती है, पर एक चक्र में घंटे लगते हैं।पाउडर धातुकर्म9.1ठंडे में दबाती है, फिर अलग भट्टी में सिंटर करती है; प्रति पार्ट कहीं सस्ती, पर कम सघन।माइक्रोवेव सिंटरिंग9.5भी गति के लिए भीतर से गर्म करती है, पर धारा की जगह माइक्रोवेव से, और बिना दबाव के।

देखें

Prof. Neha Gupta · सिद्धांत: दबाव में ग्रेफ़ाइट डाई से गुज़रती पल्स वाली धारा

Haoyuevac · असली लैब रन, गर्म होते समय दहकती डाई के साथ

ThermalTechnology1 · एक औद्योगिक सिस्टम: चैंबर, प्रेस कॉलम और कंट्रोल

Taylor Sparks · उद्योग में SPS किस काम आती है, और उसकी सीमाएँ

असली तस्वीरें देखें

Wikipedia: Spark plasma sintering — दूसरे नाम (FAST, PECS), गर्म करने की दरें और सामग्रियाँ; ज़्यादातर टेक्स्ट
Wikimedia Commons फ़ोटो खोज

याद रखें

SPS दबाते हुए बड़ी पल्स वाली धारा से डाई और पाउडर को सीधे गर्म करती है।
घंटों की जगह मिनट दानों को बारीक रखते हैं और कठोर सामग्रियों को सघन बनाते हैं।
यह सरल डिस्क और ब्लॉक के लिए लैब और विशेष प्रोसेस है, बड़े पैमाने के उत्पादन की नहीं।