धडा 9.4आकार देणेप्रकरण 9 · पावडर आणि सिरॅमिक्स

स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंग (SPS)

स्पंदित प्रवाह दाबलेला ग्रेफाइट डाइ काही मिनिटांत तापवतो

स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंगमध्ये (SPS) ग्रेफाइट डाइमध्ये पावडर दाबली जाते आणि त्यातून मोठा स्पंदित विद्युत प्रवाह जातो. डाइ स्वतःच तापतो, म्हणून पावडर तासांऐवजी काही मिनिटांत दाट घन बनते. लॅब त्याचा उपयोग नवीन सामग्री, जसे अति-कठीण सिरॅमिक, बनवण्यासाठी करतात, जी सामान्य भट्ट्यांना दाट करणे अवघड जाते.

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

स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंग · प्रेस कॉलम, प्रवाहाचा लूप, घनीकरणप्रेस कॉलम अर्धा कापून काढला आहे; उजवीकडील भाग डाइच्या आत काय घडते आणि काय बाहेर येते ते दाखवतो. वर्तुळातील क्रमांक पायऱ्यांशी जुळतात.

हे कसे चालते

डाइ भरा. पावडर दोन ग्रेफाइट पंचांच्या दरम्यान ग्रेफाइट डाइमध्ये (जाड नळी) ओतली जाते. भाग सुटावा म्हणून डाइ सहसा ग्रेफाइट फॉइलने अस्तरित असतो.
लोड करा आणि हवा काढा. डाइचा स्टॅक चेंबरमधील प्रेसच्या पाण्याने थंड केलेल्या रॅममध्ये जातो. हवा बाहेर काढली जाते (निर्वात) किंवा आर्गॉनने बदलली जाते, म्हणून गरम ग्रेफाइट आणि पावडर जळत नाहीत.
दाबा आणि प्रवाह सोडा. रॅम साधारणपणे 30–100 MPa ने दाबतात, तर पॉवर सप्लाय ग्रेफाइटमधून स्पंदित डायरेक्ट करंट पाठवतो, काही व्होल्टवर हजारो अँपिअर. डाइ विद्युत रेझिस्टन्सने आतून तापतो, टोस्टरच्या तारेप्रमाणे, प्रति मिनिट 100 °C किंवा अधिक वेगाने. नाव असूनही, सहसा ठिणगी किंवा प्लाझ्मा नसतो.
थोडा वेळ धरा. कमाल तापमानावर (अनेकदा 1,000–2,000 °C, सामग्रीनुसार) साधारणपणे 5–10 मिनिटांनंतर कण जोडले जातात आणि छिद्रे दाबून बाहेर जातात. पावडर आकुंचन पावताना रॅम खाली सरकतो, ज्यावरून ती कधी दाट झाली ते कळते.
थंड करा आणि बाहेर काढा. वीज बंद झाल्यावर पाण्याने थंड केलेले रॅम उष्णता झटपट काढून घेतात. दाट चकती डाइमधून बाहेर दाबली जाते, आणि कापण्यापूर्वी किंवा फिनिश करण्यापूर्वी तिची ग्रेफाइट त्वचा घासून काढली जाते.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: सिरॅमिक (अ‍ॅल्युमिना, सिलिकॉन कार्बाइड, बोराइड), कठीण धातू, टंगस्टन आणि इतर जास्त वितळबिंदूचे धातू, थर्मोइलेक्ट्रिक, कंपोझिट, अतिशय बारीक पावडर
सामान्य भाग: चकत्या आणि साधे ब्लॉक: स्पटरिंग लक्ष्य, आर्मर टाइल, कटिंग-टूल ब्लँक, संशोधन नमुने
भागाचा आकार: लॅबमध्ये बहुतेक 10–50 मिमी चकत्या; औद्योगिक मशीन काही शे मिलिमीटर रुंद भाग बनवतात
अचूकता: सिंटर केल्यावर खडबडीत: व्यास डाइने ठरतो, जाडी कमी अचूक; अंतिम सहनशीलता ग्राइंडिंगमधून येते
पृष्ठभागाची फिनिश: राखाडी ग्रेफाइट त्वचा, नंतर घासून किंवा पॉलिश करून काढलेली
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: एकेरी नग ते लहान बॅचेस: संशोधन, प्रोटोटाइप आणि खास भाग
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: ग्रेफाइट डाइ उपभोग्य आहेत, साधारणपणे काही दहा ते काही शे डॉलर्स; मशीन काही शे हजार डॉलर्स (लॅब) ते दशलक्षावधी (औद्योगिक)
वेग: प्रति फेरी साधारणपणे 10–30 मिनिटे, तसेच थंड होणे, एका वेळी एक भाग किंवा लहान स्टॅक

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

अतिशय जलद: तासांऐवजी मिनिटे
कण (सामग्रीतील लहान क्रिस्टल) अतिशय बारीक ठेवते, ज्यामुळे ती अधिक मजबूत किंवा पारदर्शकही होऊ शकते
बोराइड आणि कार्बाइडसारखी सिंटर करायला अवघड सामग्री दाट करते, अनेकदा अ‍ॅडिटिव्हशिवाय
एकाच फेरीत वेगवेगळ्या सामग्रींचे थर जोडू शकते

मर्यादा

फक्त साधे आकार: चकत्या, ब्लॉक, लहान दंडगोल
लहान भाग आणि प्रति मशीन कमी उत्पादन
ग्रेफाइट टूलिंग दाब सुमारे 100 MPa पर्यंत मर्यादित करते आणि पृष्ठभागावर कार्बन जोडू शकते
मोठ्या भागांमध्ये किंवा वाहक नसलेल्या पावडरमध्ये तापमान असमान असू शकते

कुठे वापरली जाते

संशोधन लॅबनवीन सिरॅमिक, मिश्रधातू आणि कंपोझिट; अनेक रेसिपींच्या जलद चाचण्या
इलेक्ट्रॉनिक्सथर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री, पातळ-थर कोटिंगसाठी स्पटरिंग लक्ष्य
संरक्षण आणि एरोस्पेसबोरॉन कार्बाइड आर्मर, अति-उष्णतेसाठी सिरॅमिक
अवजारेकटिंग-टूल ब्लँक आणि कठीण-धातूचे भाग
ऑप्टिक्सस्पिनेल खिडक्यांसारखे पारदर्शक सिरॅमिक, बहुतेक संशोधन स्तरावर

ओळखायची कशी

गोल डाइच्या अगदी आकाराच्या सपाट चकत्या किंवा लहान दंडगोल.
अपूर्ण भागांवर राखाडी ग्रेफाइट त्वचा.
जवळजवळ प्रत्येक तयार भागावर घासलेले पृष्ठभाग, कारण SPS भाग बाहेर आल्याप्रमाणे क्वचितच वापरले जातात.

यांच्याशी तुलना

हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग9.3सर्व बाजूंनी वायूने दाबते आणि गुंतागुंतीचे आकार हाताळते, पण एका चक्राला तास लागतात.पावडर मेटॅलर्जी9.1थंड दाबते, मग वेगळ्या भट्टीत सिंटर करते; प्रति भाग खूप स्वस्त, पण कमी दाट.मायक्रोवेव्ह सिंटरिंग9.5सुद्धा वेगासाठी आतून तापवते, पण प्रवाहाऐवजी मायक्रोवेव्हने आणि दाबाशिवाय.

पाहा

Prof. Neha Gupta · तत्त्व: दाबाखाली ग्रेफाइट डाइमधून स्पंदित प्रवाह

Haoyuevac · खरी लॅब फेरी, तापताना डाइ चमकत असताना

ThermalTechnology1 · औद्योगिक प्रणाली: चेंबर, प्रेस कॉलम आणि कंट्रोल

Taylor Sparks · उद्योगात SPS कशासाठी वापरले जाते आणि त्याच्या मर्यादा

खरी छायाचित्रे पाहा

Wikipedia: Spark plasma sintering — इतर नावे (FAST, PECS), तापवण्याचे दर आणि सामग्री; बहुतेक मजकूर
Wikimedia Commons फोटो शोध

लक्षात ठेवा

SPS दाबताना मोठ्या स्पंदित प्रवाहाने डाइ आणि पावडर थेट तापवते.
तासांऐवजी मिनिटे यामुळे कण बारीक राहतात आणि कठीण सामग्री दाट होते.
ही साध्या चकत्या आणि ब्लॉकसाठीची लॅब आणि खास प्रक्रिया आहे, मोठ्या प्रमाणातील उत्पादन नाही.