Thiêu kết xung điện Plasma – Spark Plasma Sintering (SPS)


Thiêu kết (sintering) là một trong những công đoạn quan trọng của luyện kim bột. Nó quyết định tới chất lượng sản phẩm đầu ra.  Có rất nhiều các phương pháp thiêu kết, tuy nhiên lựa chọn phương pháp nào cho phù hợp với các đặc tính của vật liệu, đảm bảo chất lượng sản phẩm, tính kinh tế là một bài toán đặt ra cho các nhà khoa học vật liệu. Mình đọc được bài viết này trên trang luyenkim.net, mọi người cùng tham khảo.
Kỹ thuật Thiêu Kết Xung Điện Plasma (SPS), được miêu tả chi tiết hơn dưới đây, là một kỹ thuật tương đối với mới cho phép chuẩn bị mẫu vật liệu có mật độ (tỷ trọng) lý tưởng (full dense) tại nhiệt độ thiêu kết tuơng đối thấp và khoảng thời gian giữ nhiệt (holding time) ngắn hơn (tính theo đơn vị phút) so với các phuơng pháp thiêu kết truyền thống như thiêu kết không áp lực (pressureless), ép nóng (hot isostatic pressing-HIP) cần thời gian giữ nhiệt dài (hàng giờ) tại nhiệt độ cao.

Kỹ thuật thiêu kết xung diện plasma (SPS) cũng được gọi là công nghệ thiêu kết trường hỗ trợ – Field Assistant Sintering Technology (FAST), thiêu kết dòng điện xung – Puled Electric Current Sintering (PECS), và Kết khối hỗ trợ bởi xung điện – Electric Pulse Assisted Consolidation (EPAC) đã được phát triển đầu tiên vào những năm 1930 nhưng trong thời gian đó công nghệ chưa cho phép để có thể thương mại hóa công nghệ này. Vào những năm 1980 công nghệ này đã được phát triển xa hơn và nó đã bắt đầu đựoc sử dụng tại nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu đặc biệt tại Nhật Bản. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thiêu kết xung điện plasma được biểu thị ở hình dưới đây:

Image

Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thiêu kết xung điện Plasma

Bộ phận thiêu kết xung điện tuơng tự bộ phận của thiết bị ép nóng thông thường, nghĩa là bột được dưa vào khuôn ép áp lực cao và được ép đơn trục, áp lực ép có thể thay đổi trong quá trình thiêu kết. Ở thiết bị ép nóng, nhiệt được sinh bởi phần tử phát nhiệt, hệ quả là tốc độ nâng nhiệt bị giới hạn, và quá trình truyền nhiệt mất hàng giờ. Trong thiết bị thiêu kết xung điện plasma dòng điện xung một chiều được dẫn qua khuôn ép, thường được chế tạo bằng vật liệu dẫn nhiệt (thường là khuôn Graphit) và trong một số trường hợp thích hợp cũng có thể chạy qua mẫu. Điều này cho phép có được tốc độ nâng nhiệt nhanh (có thể tới 600K/phút). Quá trình thiêu kết thường được thực hiện trong buồng chân không có làm nguội bằng nước. Dòng điện một chiều đựoc phát sinh và duy trì bởi bộ tạo xung và các xung điện có khoảng thời gian sống là 3.3ms. Số lượng xung trong một đơn vị thời gian có thể thay đổi. Nhà sản xuất khuyến nghị nên sử dụng chuỗi xung là 12:2 nghĩa là 12 xung dòng một chiều chạy qua khuôn/mẫu tiếp theo  quãng thời gian không có xung điện là 6.6ms.

Sử dụng áp lực ép đơn trục đến 500MPa hoặc cao hơn là có khả năng đối với các thiết bị SPS thường và cỡ lớn. Việc sử dụng áp lực ép cao hay thấp tùy thuộc tính chất độ bền cơ học của khuôn và sự sắp xếp khuôn ép. Áp lực ép cao hơn so với thiết bị ép nóng (thường khoảng 50-100MPa) do SPS có cấu hình khuôn đơn giản và việc thiết lập áp lực nhanh hơn khi nâng áp hay hạ áp.

Các lợi điểm của SPS là:

  1. Tốc độ nâng/hạ nhiệt nhanh dẫn đến rút ngắn thời gian quá trình thiêu kết.
  2. Có thể sử dụng áp lực ép cao hơn so với ép nóng thong thường dẫn đến mẫu thiêu kết có tỷ trong cao hơn tại thiệt độ thiêu kết thấp hơn.
  3. Sự xuất hiện của dòng điện/trường cho thấy quá trình thiêu kết được tăng cường.
  4. Nhiều vật liệu có thể được kết khối tại nhiệt độ thấp đáng kinh ngạc.

Bài viết được tham khảo từ luận văn ThS của tác giả Mirva Eriksson, 2007.

Nguyễn Hoàng Việt biên dịch và giới thiệu.

Nguồn: luyenkim.net 

Một phản hồi

  1. Rat cam on ve bai viet. Minh khong co y kien gi ve linh vuc nay vi la nguoi ngoai nganh. Nhung bai viet giup minh dich sang tieng Anh mot so tai lieu tieng Viet co lien quan den thuat ngu “thieu ket”. Bay gio thi da hieu “thieu ket” la gi roi.

    Mot lan nua xin cam on ban Hoang Viet rat nhieu.

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: