Η πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος (SPS) είναι μια τεχνική πυροσυσσωμάτωσης κατά την οποία τα υλικά συμπυκνώνονται και συμπυκνώνονται σε υψηλότερες πυκνότητες. Συστήματα σχεδιασμένα για πυροσυσσωμάτωση πλάσματος σπινθήρα χρησιμοποιούν παλμούς συνεχούς ρεύματος (DC) για να δημιουργήσουν ενέργεια σπινθήρα μεταξύ των σωματιδίων του υλικού. Αυτή η τεχνολογία επιτυγχάνει γρήγορη σύντηξη μεταξύ σωματιδίων και, σε αντίθεση με άλλες διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης που εμπλέκονται αποκλειστικά στην κατεργασία μετάλλων, η πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος μπορεί να εφαρμοστεί σε κεραμικά, σύνθετα υλικά και νανοδομές.
Η διαδικασία λειτουργεί με βάση την αρχή της εκφόρτισης ηλεκτρικού σπινθήρα, στην οποία ένα παλμικό ρεύμα υψηλής ενέργειας δημιουργεί πλάσμα σπινθήρα στους χώρους μεταξύ των σωματιδίων του υλικού. Αυτό το πλάσμα σπινθήρα υπάρχει σε απίστευτα υψηλές θερμοκρασίες των 10,000° C (18,032° F), προκαλώντας την εξάτμιση πιθανής οξείδωσης ή ρύπων στις επιφάνειες των σωματιδίων. Οι επιφάνειες των σωματιδίων θερμαίνονται επίσης, με αποτέλεσμα αυτές οι περιοχές να λιώνουν και να συντήκονται σε δομές γνωστές ως λαιμοί. Με την πάροδο του χρόνου, οι λαιμοί θα αναπτυχθούν στους χώρους, αυξάνοντας τη συνολική στερεή πυκνότητα του υλικού πάνω από το 99% σε ορισμένες περιπτώσεις.
Τα πλεονεκτήματα της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης με σπινθήρα πλάσματος περιλαμβάνουν σύντομο χρόνο ολοκλήρωσης, χαμηλό κόστος λειτουργίας, μεγάλο εύρος εφαρμογών και καλά δομικά και υλικά αποτελέσματα. Λόγω της φύσης της διαδικασίας, η πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος διαρκεί γενικά λιγότερο από 20 λεπτά για να ολοκληρωθεί. Το κόστος είναι επίσης γενικά χαμηλότερο με αυτήν την τεχνολογία, καθώς το παλμικό ρεύμα δεν απαιτεί υψηλή τάση και η διαδικασία δεν χρειάζεται πολύ χρόνο για να ολοκληρωθεί. Αυτός ο σύντομος χρόνος κύκλου, σε συνδυασμό με το χαμηλό κόστος, καθιστά τη διαδικασία αποτελεσματική για ένα ευρύ φάσμα χρήσεων.
Η πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα πλάσματος μπορεί να αποδώσει πολύ μεγαλύτερες πυκνότητες από πολλές άλλες διαδικασίες πυροσυσσωμάτωσης, καθιστώντας την ιδανική για υλικά όπου απαιτείται υψηλή πυκνότητα στερεού. Αυτή η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μονωτές καθώς και για αγωγούς, ανοίγοντας περισσότερα πιθανά υλικά προς πυροσυσσωμάτωση. Η ακρίβεια της διαδικασίας θέρμανσης καθιστά επίσης τη σύντηξη με σπινθήρα πλάσματος εφαρμόσιμη σε νανοδομές, όπως οι κρύσταλλοι, οι οποίοι μπορούν να πυροσυσσωματωθούν χωρίς να χάσουν τη δομική τους ακεραιότητα.
Το γεγονός ότι το πλάσμα σπινθήρα είναι σε θέση να παράγει έντονη θερμότητα από το εσωτερικό ενός υλικού, και όχι εξωτερικά, αποδίδει αρκετά πλεονεκτήματα. Πρώτα απ ‘όλα, ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος θέρμανσης του εσωτερικού των σωματιδίων, καθώς θερμαίνονται μόνο οι επιφάνειες των σωματιδίων. Δεύτερον, η φύση της θέρμανσης σημαίνει ότι το υλικό θα θερμανθεί ομοιόμορφα ταυτόχρονα, αυξάνοντας τη δομική ακεραιότητα και την ομοιόμορφη πυκνότητα. Τρίτον, η διαδικασία επιτρέπει αυξημένο έλεγχο διαφόρων συνθηκών, συμπεριλαμβανομένης της πίεσης, της θερμότητας και της ψύξης, που τελικά οδηγεί σε μεγαλύτερο έλεγχο της πυκνότητας του υλικού.