Composantes importantes des matériaux techniques et fonctionnels, les céramiques avancées offrent de vastes perspectives d'application dans les nouvelles énergies, l'électronique de communication, les semi-conducteurs, l'aérospatiale et d'autres secteurs industriels. Cependant, la poudre céramique étant principalement composée de liaisons ioniques ou covalentes, le procédé traditionnel de frittage pour la préparation de matériaux denses matériaux céramiques nécessite une température de frittage plus élevée et un temps de maintien plus long, ce qui conduit inévitablement à un grossissement des grains et à des résidus de porosité, et affecte ensuite les propriétés de moulage par injection de céramique. Afin de réduire frittage des métaux Pour améliorer la température, raccourcir le temps de frittage, améliorer la densité de frittage et les propriétés des matériaux, les chercheurs ont développé une variété de nouvelles technologies de frittage.
Frittage par plasma d'étincelles (SPS)
La technologie SPS est un nouveau type de frittage rapide qui a suscité de nombreuses études dans le monde universitaire. La figure 1 illustre son principe de fonctionnement.
La technologie SPS a été la première à introduire un courant continu pulsé dans le processus de frittageLe pénétrateur agit comme un vecteur de courant tout en appliquant une pression sur le matériau. Contrairement aux techniques de frittage traditionnelles, qui utilisent généralement le chauffage radiant d'un corps chauffant, le SPS utilise l'effet thermique d'un fort courant électrique traversant un moule ou un échantillon conducteur pour chauffer le matériau. Pour les échantillons isolants, le graphite, doté d'une bonne conductivité électrique, est généralement utilisé comme matériau de moulage, et la chaleur résistive du moule permet une montée rapide de l'échantillon. Pour les échantillons conducteurs, un moule isolant peut être utilisé pour chauffer directement l'échantillon. La vitesse de chauffage peut atteindre 1 000 °C/min. Lorsque la température de l'échantillon atteint la valeur définie, le frittage peut être terminé après une courte période de maintien à température.
La technologie SPS présente les avantages d'une faible température de frittage, d'un temps de maintien court, d'une vitesse de chauffage rapide, d'une pression de frittage réglable et d'un couplage multi-champs (électrique-mécanique-thermique).
Frittage éclair (FS)
La technologie FS a été signalée pour la première fois en 2010 par Cologna et al de l'Université du Colorado, sur la base de l'étude de la technologie de frittage de poudre métallique assisté par champ (FAST)
La technologie FS implique principalement trois paramètres de procédé : la température du four (Tf), l’intensité du champ (E) et le courant (J). La figure 3C illustre la tendance de variation de chaque paramètre dans le procédé FS traditionnel. Dans ce mode, un champ électrique constant est appliqué au matériau et la température du four augmente à vitesse constante. Lorsque la température du four est basse, la résistivité du matériau est élevée et le courant qui le traverse est faible. Avec l’augmentation de la température du four, la résistivité de l’échantillon diminue et le courant augmente progressivement. Cette phase, appelée phase d’incubation, est contrôlée en tension. Lorsque la température du four atteint la température critique, la résistivité du matériau chute brutalement, le courant augmente brusquement et le FS se produit. L’intensité du champ étant stable à ce stade, la puissance du système (W = EJ) atteint rapidement la limite de puissance de l’alimentation, et le système passe alors du contrôle en tension au contrôle en courant, phase appelée phase FS. Lorsque la résistivité du matériau n'augmente pas, l'intensité du champ se stabilise et le frittage entre dans sa phase stable, c'est-à-dire la phase d'isolation du FS. Après cette phase, le processus de FS complet prend fin.
Par rapport au frittage traditionnel, le FS présente les avantages suivants : raccourcir le temps de frittage et réduire la température du four requise pour le frittage, inhiber la croissance des grains, pouvoir réaliser un frittage hors équilibre, équipement simple, faible coût.
Date de publication : 07/06/2022