スパークプラズマ焼結

スパークプラズマ焼結（SPS）、Guillonら「電界支援焼結技術／スパークプラズマ焼結：メカニズム、材料、技術開発」、Advanced Engineering Materials, 2014年 別名電界支援焼結法（FAST）、KUルーヴェン大学 - SPSプロセスモデリング またはパルス電流焼結（PECS）、あるいはプラズマ圧縮成形（P2C）SP2C公式サイトは焼結技術の一種である。

SPSの主な特徴は、パルスまたは連続の直流（DC）または交流（AC）電流が、電気伝導性試料の場合、グラファイトダイおよび粉体コンパクトの両方を直接通過することである。粉体の高密度化においてジュール熱が支配的な役割を果たし、従来の焼結に比べて低温で理論密度に近づけることができる。Sairamら「ホウ化物のSPSパラメータが高密度化と機械的性質に与える影響」、国際耐火金属・硬質材料ジャーナル、2014年 従来の熱間等方圧プレスでは外部加熱素子が熱を供給するのに対し、SPSでは内部発熱であるため、非常に速い加熱・冷却速度（最大1000K/分）が可能で、一般的に数分以内で焼結が終了する。この速さにより、ナノサイズ粉体の粗大化を抑えたまま焼結でき、磁性、Aubertら「単軸圧力下でのSPSによるCoFe2O4の単軸異方性と強化された磁歪」、欧州セラミック学会誌、2017年 電気磁気効果、Aubertら「多元系CoFe2O4/PZT複合材料における磁電効果の強化」、IEEE磁気取引、2017年 圧電性、Liら「SPSによる微細粒Na0.5K0.5NbO3鉛フリー圧電セラミックスの強誘電・圧電特性」、米国セラミックス学会誌、2006年 熱電性、Wangら「SPSによる高性能AgPbSbTe熱電材料」、応用物理レター、2006年 光学特性、Kimら「透明アルミナのSPS」、スクリプタマテリアリア、2007年 衝撃圧縮、Turnageら「SPS焼結B4CおよびB4C-TiB2複合材の平面衝撃圧縮」、AIP Advances、2024年 生体材料Guら「ハイドロキシアパタイト粉体のSPS」、バイオマテリアルズ、2002年など多様な用途で利用されている。また、カーボンナノチューブの焼結にも用いられ、電子放出電極開発に貢献している。Talemiら「カーボンナノチューブ融合による電子放出カソード作製」、カーボン、2012年 SPS装置の動作は以下動画リンクで説明されている。SP2C公式 「スパークプラズマ焼結」という呼称は一般的であるが、火花やプラズマが存在しないため誤解を招く用語であることが実験的に示されている。Hulbertら「SPSにおけるプラズマ不在の証明」、応用物理誌、2008年 電流使用が密度向上を促進し、機能勾配軟磁性材料作製のツールとしても有効である。Chaudharyら「SPSによるFe-Co-Ni合金の加速的組成勾配研究」、合金化合物ジャーナル、2021年 また従来法に比べ、焼結WC-FeAl複合材の耐酸化性Karimiら「SPSによるWC-FeAl複合材の高温酸化挙動」、セラミックス国際、2018年・耐摩耗性の改善も報告されている。Karimiら「焼結技術がWC-FeAl複合材の構造と摩耗特性に与える影響」、セラミックス国際、2020年


ハイブリッド加熱
FAST/SPS法と外部から加熱する追加加熱システムを組み合わせることで熱勾配を最小化し、加熱速度と均一性を同時に向上できる。

2012年にスペインにて世界最大のハイブリッドSPS-熱間プレス焼結装置が設置され、400mmまでの大型セラミックブランクの高密度成形が欧州FP7プロジェクトHYMACERで進行中である。CINN-CSIC: Hybrid SPS-HP - Photo Gallery

SPS（プラズマ圧縮成形）装置は商用利用も進み、研究室外で防弾チョッキ、ロケットノズル、カーボンファイバー複合材などの生産に用いられている。plasma pressure compaction

関連項目


脚注

Category:産業プロセス
Category:金属加工
Category:プラズマ