Frittage flash
Le frittage flash, ou spark plasma sintering (SPS), field assisted sintering technique (FAST) ou pulsed electric current sintering (PECS) en anglais, est une méthode de frittage apparentée au pressage à chaud mais utilisant l'effet joule pour chauffer la poudre précompactée dans un creuset cylindrique creux entre deux électrodes en graphite sous atmosphère inerte ou sous vide, l'ensemble étant soumis à une pression de plusieurs mégapascals sous l'action d'une presse hydraulique. Un courant continu ou alternatif de plusieurs kiloampères, pulsé ou non, est appliqué entre les électrodes avec une tension de quelques volts. Si la conductivité électrique de la poudre n'est pas sensiblement supérieure à celle du creuset qui la contient, un film isolant doit être présent entre la poudre et le creuset afin de canaliser le courant électrique dans la poudre uniquement.
La résistance électrique de la poudre a pour effet de la chauffer fortement au passage du courant par effet Joule, contrairement au pressage à chaud classique, dans lequel la poudre est chauffée par des éléments extérieurs. Ceci permet des vitesses de chauffage et de refroidissement très élevées (jusqu'à 1 000 K/min), ce qui réduit la durée totale du processus à quelques dizaines de minutes seulement. La rapidité du chauffage et du refroidissement a pour effet de limiter la croissance des grains (en) et donc de préserver la finesse de la microstructure du matériau, ce qui optimise les propriétés mécaniques — dureté, ténacité — du matériau, dont la densité dépasse 90 % de la valeur théorique après chauffage à une température inférieure à celle requise pour un pressage à chaud traditionnel[1].
Le frittage flash est une méthode efficace pour obtenir des céramiques ayant des propriétés améliorées du point de vue magnétique[2], magnétoélectrique[3], piézoélectrique[4], thermoélectrique[5], optique[6] ou biomédical[7]. Cette méthode est également employée pour fritter les nanotubes en carbone destinés au développement d'électrodes d'émission par effet de champ[8].
Notes et références
- (en) K. Sairam, J. K. Sonber, T. S. R. Ch. Murthy, C. Subramanian, R. K. Fotedar, P. Nanekar et R. C. Hubli, « Influence of spark plasma sintering parameters on densification and mechanical properties of boron carbide », International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 42, , p. 185-192 (DOI 10.1016/j.ijrmhm.2013.09.004, lire en ligne)
- (en) A. Aubert, V. Loyau, F. Mazaleyrat et M. LoBue, « Uniaxial anisotropy and enhanced magnetostriction of CoFe2O4 induced by reaction under uniaxial pressure with SPS », Journal of the European Ceramic Society, vol. 37, no 9, , p. 3101-3105 (DOI 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.036, lire en ligne)
- (en) Alex Aubert, Vincent Loyau, Frédéric Mazaleyrat et Martino LoBue, « Enhancement of the Magnetoelectric Effect in Multiferroic CoFe2O4/PZT Bilayer by Induced Uniaxial Magnetic Anisotropy », IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no 11, , p. 1-5 (DOI 10.1109/TMAG.2017.2696162, lire en ligne)
- (en) Jing‐Feng Li, Ke Wang, Bo‐Ping Zhang et Li‐Min Zhang, « Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Fine‐Grained Na0.5K0.5NbO3 Lead‐Free Piezoelectric Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering », Journal of the American Ceramic Society, vol. 89, no 2, , p. 706-709 (DOI 10.1111/j.1551-2916.2005.00743.x, lire en ligne)
- (en) Heng Wang, Jing-Feng Li, Ce-Wen Nan et Min Zhou, « High-performance Ag0.8Pb18+xSbTe20 thermoelectric bulk materials fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering », Applied Physics Letters, vol. 88, no 9, , article no 092104 (DOI 10.1063/1.2181197, lire en ligne)
- (en) Byung-Nam Kim, Keijiro Hiraga, Koji Morita et Hidehiro Yoshida, « Spark plasma sintering of transparent alumina », Scripta Materialia, vol. 57, no 7, , p. 607-610 (DOI 10.1016/j.scriptamat.2007.06.009, lire en ligne)
- (en) Y. W. Gu, N. H. Loh, K. A. Khor, S. B. Tor et P. Cheang, « Spark plasma sintering of hydroxyapatite powders », Biomaterials, vol. 23, no 1, , p. 37-43 (PMID 11762852, DOI 10.1016/S0142-9612(01)00076-X, lire en ligne)
- (en) Pejman Hojati-Talemi, Aravindaraj G. Kannan et George P. Simon, « Fusion of carbon nanotubes for fabrication of field emission cathodes », Carbon, vol. 50, no 2, , p. 356-361 (DOI 10.1016/j.carbon.2011.07.058, lire en ligne)