Field‐Assisted Sintering Technology/Spark Plasma Sintering: Mechanisms, Materials, and Technology Developments

Advanced Engineering Materials - Tập 16 Số 7 - Trang 830-849 - 2014
Olivier Guillon1, Jesús González‐Julián1, Benjamin Dargatz1, T. Kessel2, Gabi Schierning3, Jan Räthel4, Mathias Herrmann4
1Otto Schott Institute of Materials Research Friedrich Schiller University of Jena Löbdergraben 32 D‐07743 Jena Germany
2FCT Systeme GmbH Rauenstein, Gewerbepark 16 D‐96528 Frankenblick Germany
3Faculty of Engineering Center for NanoIntegration Duisburg‐Essen (CENIDE) University of Duisburg‐Essen Bismarckstr. 81 D‐47057 Duisburg Germany
4Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS) Winterbergstr. 28 D‐01277 Dresden Germany

Tóm tắt

Abstract

Field‐assisted sintering technology/Spark plasma sintering is a low voltage, direct current (DC) pulsed current activated, pressure‐assisted sintering, and synthesis technique, which has been widely applied for materials processing in the recent years. After a description of its working principles and historical background, mechanical, thermal, electrical effects in FAST/SPS are presented along with the role of atmosphere. A selection of successful materials development including refractory materials, nanocrystalline functional ceramics, graded, and non‐equilibrium materials is then discussed. Finally, technological aspects (advanced tool concepts, temperature measurement, finite element simulations) are covered.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1007/s10853-006-6555-2

10.1111/j.1551-2916.2010.04210.x

10.1146/annurev-matsci-070909-104433

10.1016/j.mser.2008.09.003

10.1016/j.jallcom.2007.10.141

10.1002/pssa.201228317

10.1063/1.2963701

10.1016/j.scriptamat.2008.12.059

Hennicke J., 2004, CFI/Berichte DKG, 81, 11

Suárez M., 2013, Sintering Applications, 319

10.1016/j.msea.2004.11.020

10.1016/j.actamat.2006.10.042

Räthel J., 2008, CFI/Berichte DKG, 85, 13

10.1007/s10853-010-4742-7

A. G.Bloxam GB Patent1906 No. 27 002.

G.Weintraub H.Rush US Patent1913 No. 1 071 488.

K.Inoue US Patent1966 No. 3 250 892.

Boesel R. W., 1969, Mater. Eng., 70, 32

Boesel R. W., 1971, Powder Metall., 3, 38

Boesel R. W., 1971, Metal Prog., 99, 74

Goetzel C. G., 1971, Mod. Dev. Powder Metall., 4, 425

Goetzel C. G., 1971, Metals Eng. Q., 11, 53

Goetzel C. G., 1971, Powder Metall. Int., 3, 80

10.1088/1468-6996/10/5/053001

Rahaman M. N., 2003, Ceramic Processing and Sintering

10.1007/978-3-642-31009-6_9

10.1016/0001-6160(72)90082-X

10.1016/j.msea.2005.07.024

10.1088/1468-6996/13/1/015005

10.1016/j.matlet.2008.08.042

10.1016/j.actamat.2010.02.013

10.1016/j.actamat.2009.07.043

10.1111/j.1551-2916.2010.04016.x

10.1016/j.msea.2009.11.009

10.1016/j.msea.2006.07.092

10.1016/j.actamat.2012.08.027

10.1557/jmr.2010.0313

Kessel H., 2006, Pulvermetall.Wiss . Praxis, 22, 201

10.1111/j.1151-2916.2004.tb07749.x

10.1016/j.solidstatesciences.2007.10.022

10.1016/j.scriptamat.2005.11.015

10.1111/j.1551-2916.2010.03811.x

10.1016/j.ceramint.2012.10.012

10.1063/1.2822189

10.1016/j.actamat.2010.05.038

10.1111/j.1151-2916.2002.tb00381.x

10.1016/j.jeurceramsoc.2003.10.013

10.1007/s10853-010-4556-7

10.1111/j.1551-2916.2012.05205.x

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.05.027

10.1016/j.jeurceramsoc.2009.03.002

10.1111/j.1551-2916.2008.02705.x

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.02.033

Kuzmov A. V., 2012, Powder Metall. Metal Ceram., 12, 50

10.1007/978-3-642-31009-6_7

10.1007/978-3-642-31009-6_8

10.1007/s10853-008-2744-5

10.1088/0957-4484/22/13/135601

10.1063/1.4731272

10.1021/ja903362b

10.1111/j.1551-2916.2011.04652.x

10.1081/AMP-200028070

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.03.012

10.1016/0272-8842(90)90053-I

10.1111/j.1151-2916.1993.tb07761.x

10.4028/www.scientific.net/MSF.299-300.134

10.1111/j.1151-2916.1988.tb06398.x

10.1016/j.ceramint.2007.05.002

10.2320/matertrans.MC200829

10.1016/j.jeurceramsoc.2009.02.006

10.1016/j.actamat.2010.11.062

10.1016/S0254-0584(00)00436-3

10.1111/j.1151-2916.1978.tb09333.x

10.1007/BF02801157

10.1016/j.scriptamat.2013.02.059

10.1080/01418639408240270

10.1002/qua.21981

10.1111/j.1151-2916.1990.tb05094.x

10.1007/978-1-4615-9439-0_26

Varela J. A., 1985, Sintering – Trajectory and Practice, 439

10.1111/j.1151-2916.1966.tb13156.x

Hamano K., 1979, Rep. Res. Lab. Mater., 4, 59

10.1111/j.1551-2916.2008.02772.x

10.1111/j.1151-2916.1962.tb11099.x

10.1016/0955-2219(89)90020-4

10.1533/9781845699949

10.1016/j.jeurceramsoc.2004.06.008

10.1111/j.1744-7402.2010.02604.x

10.1016/j.scriptamat.2011.02.029

Tietz, 1965, Behavior and Properties of Refractory Metals

10.1016/j.jhazmat.2005.11.007

10.1016/j.msea.2011.04.015

10.1016/S1875-5372(11)60008-8

10.1002/adfm.201200996

10.1007/s11661-012-1454-4

10.1016/j.ijrmhm.2006.10.001

10.1016/j.ijrmhm.2010.03.003

10.1016/j.ijrmhm.2008.04.002

10.1016/S0921-5093(97)00824-1

10.1016/S0966-9795(03)00028-1

10.1016/S0925-8388(01)01864-3

10.1016/j.intermet.2007.07.003

10.1016/S1359-6462(03)00074-5

10.1016/j.intermet.2010.02.009

10.1016/j.scriptamat.2003.11.019

10.1016/j.jallcom.2006.09.060

10.1016/S1003-6326(09)60044-3

10.1016/j.msea.2009.06.056

10.1016/j.mser.2008.09.003

10.1016/j.msea.2006.06.075

10.1016/j.intermet.2005.11.033

10.1016/j.intermet.2006.03.006

10.1111/j.1551-2916.2007.01583.x

Wuchina E., 2007, Electrochem. Soc. Inter., 30, 10.1149/2.F04074IF

10.1111/j.1551-2916.2008.02508.x

10.1016/j.jeurceramsoc.2008.11.008

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.12.009

10.1016/j.msea.2010.05.086

10.1016/j.matchemphys.2009.02.031

10.1016/j.msea.2008.09.024

10.1016/j.msea.2013.02.069

10.1111/j.1551-2916.2010.04114.x

10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.027

10.1016/j.msea.2011.02.074

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.04.042

10.1016/j.jeurceramsoc.2010.06.006

10.1111/j.1744-7402.2006.02060.x

10.1179/1743280411Y.0000000012

10.1023/B:JMSC.0000041689.90456.af

10.1016/j.ceramint.2009.10.025

10.1016/j.jeurceramsoc.2008.03.025

10.1016/j.scriptamat.2013.02.013

10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.193

10.1016/j.ceramint.2012.03.066

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.02.052

10.1016/j.mseb.2012.05.026

10.1111/j.1551-2916.2011.04789.x

10.1557/JMR.2004.0334

10.1111/j.1551-2916.2009.03074.x

10.1016/j.ceramint.2011.06.045

10.1002/adfm.200600959

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.04.020

10.1016/j.actamat.2008.11.010

10.1111/j.1551-2916.2010.04274.x

10.1111/jace.12255

10.1111/j.1551-2916.2007.02086.x

10.1002/adfm.200600959

10.1016/j.jeurceramsoc.2011.03.021

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.02.041

10.1111/j.1551-2916.2011.04562.x

10.1016/j.scriptamat.2008.09.027

10.1016/j.scriptamat.2007.11.014

10.1002/ls.72

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.12.004

10.1038/35004548

10.1016/j.jeurceramsoc.2012.10.002

10.1016/j.jeurceramsoc.2010.11.030

10.1179/174367508X297812

10.1016/j.jeurceramsoc.2011.09.022

10.1166/nnl.2012.1307

10.1103/PhysRevB.70.024107

10.1111/j.1551-2916.2005.00836.x

10.1088/0957-4484/21/7/075706

10.1016/j.scriptamat.2010.09.023

10.1002/smll.200700284

10.1016/j.jeurceramsoc.2011.06.004

10.1063/1.3565397

10.1002/aenm.201100207

T.Noguchi inXVI International Conference on Thermoelectrics 1997.

S.Yoneda inXVI International Conference on Thermoelectrics 1997.

10.1063/1.1378056

10.1111/j.1551-2916.2005.00284.x

10.1126/science.1156446

10.1021/nl8026795

10.1063/1.3027060

10.1063/1.3658021

10.1007/s11664-009-1009-7

10.1063/1.3475650

10.1007/s11664-012-2019-4

10.1143/APEX.3.031101

10.1021/ja7110652

10.1038/nature11439

10.1016/0025-5416(72)90059-6

Neubrand A., 1997, Z. Metallkd., 88, 358

10.1016/S0921-5093(03)00578-1

10.1016/S1293-2558(02)00086-9

10.1016/S0142-9612(02)00381-2

10.1016/j.scriptamat.2008.08.014

10.1016/j.msea.2005.02.003

10.1016/j.matdes.2012.04.038

10.1016/j.matchemphys.2004.03.031

10.1016/j.msea.2007.05.004

10.1016/j.scriptamat.2012.05.002

10.1016/j.actamat.2009.01.043

10.1016/j.msea.2008.08.032

10.1016/j.ceramint.2011.06.053

10.1016/j.msea.2012.12.060

10.1016/j.commatsci.2012.03.024

10.4028/www.scientific.net/KEM.247.79

10.1016/S0955-2219(00)00282-X

10.1039/b003200j

Herrmann M., 2009, Interceram, 58, 109

A.Schönecker inFinal Report of the IGF Project “Piezo FAST” BR 09 453 IKTS/DKG2010.

Schubert T., 2012, Challenge for the Next Generation. Powder Metallurgy World Congress

10.1016/j.mattod.2013.05.005

10.1016/j.jeurceramsoc.2011.11.005

10.1111/j.1551-2916.2010.04274.x

10.1016/j.matlet.2009.01.086

10.1111/j.1551-2916.2009.03098.x

10.2109/jcersj2.116.744

10.1016/j.msea.2010.04.034

10.1016/j.jeurceramsoc.2013.03.014

R.Holke V.Richter W.Böhlke F.Weiland G.Barbier inEURO PM2006 Conference & Exhibition Ghent Belgium2004.

J.Räthel F.Hanspach M.Herrmann Poster High Pressure Symposium Freiberg2012.

10.1016/j.carbon.2008.08.020

10.1038/nmat793

Ahmad K., 2009, Ceram. Eng. Sci. Proc., 29, 49

10.1016/j.compscitech.2008.04.001

10.1016/j.msea.2007.11.027

10.1166/jnn.2009.1556

10.1016/j.jeurceramsoc.2010.10.020

10.1016/j.compscitech.2011.01.017

10.1016/S1369-7021(11)70214-0

10.1016/j.jcrysgro.2011.12.005

10.1002/pssa.201228317

Kessel H. U., 2009, CFI/Berichte DKG, 86, E145

M.Tokita KORUS 2000 The Korea‐Russia International Symposium on Science and Technology2000 3 pp. 251–256.

10.4028/www.scientific.net/MSF.308-311.83

H.Ishida Patent JP20040680892000.

E.W.Engle Patent US21952971938.

M. T.Simnad(inventor) Patent US31821021965.

10.2320/matertrans.M2010057

Hennicke J., 2011, GCFI/Berichte DKG, 88, D21

Morsi K., 2009, Appl. Sci. Manuf., 41, 32

10.1002/adma.200304863

10.1016/j.actamat.2013.01.008

G. F.Taylor(inventor) Patent US19180641933.

G. F.Taylor(inventor) Patent US19912331935.

Schmidt J., 2008, Pulvermetallurgie in Wissenschaft und Praxis, 33

Schmidt J., 2011, Diamante, Appl. Tecnol., 17, 35

Tokita M., 2013, Contributed Article for 1st Russia–Japan Workshop

Kessel H. U., 2010, CFI‐Ceram. Forum Int., 87, E23

Weissler G. A., 1981, Int. J. Powder Metall. Powder Technol., 17, 107

Lenel F. V., 1955, J. Metals, 7, 158

Raichenko A. I., 1980, Poroshk. Metall., 213, 6

M.Kamikawa Y.Kano Patent JP20012267032001.

10.1016/j.jeurceramsoc.2007.09.022

10.1111/j.1744-7402.2010.02604.x

10.1016/j.jmatprotec.2012.09.023

10.1557/jmr.2010.0313

10.1016/j.msea.2004.11.019

10.1016/S0921-5107(01)00922-9

Vidoz A. E., 1969, Research Report – Lockheed Palo Alto Research Laboratory

Raichenko A. I., 1973, Phys. Sinter., 5, 215

10.1016/j.msea.2004.01.052

10.1016/j.actamat.2005.05.042

McWilliams B., 2006, J. Metals, 58, 27

10.1111/j.1551-2916.2012.05203.x

10.1111/j.1551-2916.2012.05096.x

10.1016/j.scriptamat.2006.07.009

10.4028/www.scientific.net/KEM.368-372.1580

10.1016/j.mechmat.2011.12.002

10.1002/adem.201000340