ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate Bicrystals

Sintering פלזמת ספארק (SPS) הוא טכניקה שבה הפעלת לחץ uniaxial גבוהה מובילה זרם ישר פעם אל הציפוף המהיר של אבקת מחזק ^1. טכניקה זו גם מובילה להיווצרות המוצלחת של מבנים מרוכבים מחומרים שונים, כולל סיליקון ניטריד / סיליקון קרביד, זירקוניום boride / סיליקון קרביד, או סיליקון קרביד, ללא עזרי sintering נוספים הנדרשים ^{2, 3, 4, 5.} הסינתזה של מבנים מרוכבים אלה על ידי קונבנציונליים חמים קשים היו מאתגרים בעבר. בעוד יישום של לחץ uniaxial גבוה וקצב חימום מהיר באמצעות טכניקת SPS משפר איחוד אבקות וחומרים מרוכבים, התופעה גורמת ציפוף משופר זה נושא לויכוח בספרות ^{2, 3,}class = "Xref"> ^{6, 7.} כמו כן, ישנה רק מידע מוגבל לגבי השפעת שדות חשמליים על היווצרות הגבול תבואה ואת מבנים אטומיים וכתוצאה מכך של ליבות תבואה הגבול ^{8, 9.} מבני ליבה אלה קובעים את תכונות פעילות של חומרי sintered SPS, כוללים פריצה חשמלית של קבלי מתח גבוהים ואת החוזק המכאני וקשיחות של תחמוצות קרמיקה ^10. לכן, הבנת מבנה גבול גרעין היסוד כפונקציה של פרמטרי עיבוד SPS, כגון נוכחי מיושם, הוא הכרחי עבור המניפולציה של התכונות הפיסיקליות הכלליות של חומר. שיטה אחת על מנת להבהיר את המנגנונים הפיזיים הבסיסיים שיטתי בבסיס SPS היא היווצרות של מבנים הגבול תבואה ספציפיים, כלומר, bicrystals. Bicrystal נוצר על ידי מניפולציה של שני גבישים יחידים, אשר אז diffuשיאון מלוכד misorientation הספציפי זוויות ^11. שיטה זו מספקת באופן מבוקר כדי לחקור את מבני ליבת גבול גרעין יסוד כפונקציה של פרמטרי עיבוד, ריכוז dopant, וטומאת פרדה ^{12, 13, 14.}

מליטה דיפוזיה תלויה ארבעה פרמטרים: טמפרטורה, זמן, לחץ, ואווירה מליטה ^15. מליטת דיפוזיה קונבנציונלית של titanate סטרונציום (SrTiO _3, STO) bicrystals מתרחשת בדרך כלל בלחץ מתחת ל -1 מגפ"ס, בטווח טמפרטורות של 1,400-1,500 מעלות צלזיוס, וקשקשת הזמן הנעים בין 3 ל -20 שעות ^{13, 14, 16, 17.} במחקר זה, מליט במנגנון SPS מושג בסקלות טמפרטורה וזמן נמוכה משמעותי גomparison לשיטות קונבנציונליות. לקבלת חומרים רבים-גבישים, מופחת סולמות טמפרטורה וזמן באמצעות SPS מגביל באופן משמעותי צמיחת תבואה, ובכך מתן שליטת יתרון של נכסי חומר באמצעות מניפולציה של מייקרו שלה.

המנגנון SPS, למדגם 5 × 5 מ"מ ^2, מפעיל לחץ מינימלי של 140 מגפ"ס. בתוך טווח הטמפרטורות מליט דיפוזיה הקונבנציונלית, Hutt et al. לדווח שבר מיידי של STO כאשר הלחץ המליט עולה על 10 מגפ"ס ^18. עם זאת, STO מפגין התנהגות פלסטית תלוי בטמפרטורה, בלחץ מליטת מציין יכול שיעלה על 10 מגפ"ס בטמפרטורות ספציפיות. מעל 1,200 מעלות צלזיוס ומטה 700 ° C, STO מפגין גמישות מסוימת, שבה מדגיש יותר מ -120 מגפ"ס ניתן ליישם אותו ללא שבר מיידי של המדגם. בתוך טווח טמפרטורות ביניים של 700-1,200 מעלות צלזיוס, STO הוא שביר וחוויות שבר מיידי ב sתלתלים יותר מ -10 מגפ"ס. ב 800 ° C, יש STO deformability קטין לפני לשברים מדגישים פחות מ -200 מגפ"ס ^{19, 20, 21.} לפיכך, טמפרטורות מליטות להיווצרות STO bicrystal באמצעות מנגנון SPS חייבים להיבחר על פי התנהגות הפלסטיות של החומר.