チタン酸ストロンチウム双結晶の形成に用いられるプラズマ焼結装置をスパーク

放電プラズマ焼結（SPS）は、高い一軸圧力と粉末成形体¹の急速な高密度化への直流パルス電流リードのどのアプリケーションで技術です。追加の焼結助剤は^{、2、3、4、5を}必要としないで、この技術は、窒化ケイ素/炭化ケイ素、ホウ化ジルコニウム/シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドを含む様々な材料から複合構造の正常な形成をもたらします。従来のホットプレスすることにより、これらの複合構造体の合成は、過去に挑戦していました。 SPSの技術を介して高一軸圧力と高速加熱速度のアプリケーションは粉末及び複合材料の統合を強化されますが、現象は文献²に議論この強化された緻密化を引き起こし^、3、クラス= "外部参照"> ^6、7。また、唯一の粒界形成に対する電界の影響に関する限られた情報と粒界コア^8,9の結果として得られる原子構造が存在します。これらのコア構造は、高電圧コンデンサの絶縁破壊及びセラミック酸化物¹⁰の機械的強度及び靭性を含むSPS焼結体の機能特性を決定します。したがって、このような印加電流とSPS処理パラメータの関数としての基本的な粒界構造を理解することは、材料の全体的な物理的特性の操作のために必要です。系統的にSPSを支える基本的な物理的メカニズムを解明する一つの方法は、特定の粒界構造、 すなわち 、双結晶の形成です。バイクリスタルは、その後、二つの単結晶の操作によって作成されdiffu特定の方位差と結合シオンは^11を角。この方法は、処理パラメータの関数、ドーパント濃度、及び不純物の偏析^12、13、14のような基本的な粒界コア構造を調査する制御された方法を提供します。

温度、時間、圧力、および接合雰囲気^15：拡散接合は、4つのパラメータに依存します。チタン酸ストロンチウム（のSrTiO _3、STO）の従来の拡散接合双は、典型的には1,400-1,500°Cの温度範囲で、1メガパスカル以下の圧力で行われ、3〜20時間¹³の範囲の時間スケール^{、14、16、17。}本研究では、SPS装置における接合は、Cで有意に低い温度および時間スケールで達成されます。従来の方法にomparison。多結晶材料、SPSを介して低下した温度及び時間スケールのために著しく、それによって、その微細構造の操作によって材料の特性の有利な制御を提供し、粒成長を制限します。

SPS装置は、5×5 mm ²のサンプルに対して、140 MPaでの最小圧力を及ぼします。従来の拡散接合温度範囲内では、ハットら。接合圧力はMPaで¹⁸ 10を超えた場合にSTOの瞬間骨折を報告しています。しかし、STOは、接合圧力は、特定の温度で10メガパスカルを超えることを示し、温度に依存塑性挙動を示します。 1200°C以上700°C以下、STOはサンプルの瞬時破断することなく適用することができより大きい120メガパスカルを強調れるいくつかの延性を呈します。 700-1,200℃の中間温度範囲内で、STOはsで脆くや経験瞬間骨折であります10メガパスカルよりも大きな房。 800℃では、STOはストレスで200MPa未満^{19、20、21を}破砕する前にマイナーな変形能を有しています。したがって、SPS装置を介してSTOバイクリスタル形成のための接合温度は、材料の塑性挙動に応じて選択する必要があります。