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Flash spark plasma sintering of zirconia nanoparticles: Electro-thermal-mechanical-microstructural simulation and scalability solutions

Authors :
Sylvain Marinel
Jérôme Lecourt
Guillaume Riquet
Charles Manière
Christelle Bilot
Christelle Harnois
Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT)
École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
ANR-19-CE08-0033,ULTRARAPIDE,Frittage Ultra-Rapide: Simulation Multiphysiques, Mécanismes, Contrôle Et Stabilisation(2019)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of the European Ceramic Society, Journal of the European Ceramic Society, Elsevier, 2022, 42 (1), pp.216-226. ⟨10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.021⟩, Journal of the European Ceramic Society, 2022, 42 (1), pp.216-226. ⟨10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.021⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
Elsevier BV, 2022.

Abstract

International audience; Flash sintering is a very promising method with a great potential for the ultra-rapid production of objects with firing processes of mere seconds. However, the transition from few millimeters samples to larger scales is a key issue. In this study, we explore the spark plasma sintering approach allowing a stable hybrid heating in flash condition and producing near net shape sintered specimens. Two electric current configurations are employed for diameters of 15 and 30 mm to determine the effect of scale change and of electric current concentration. These experiments coupled with a Multiphysics simulation indicate that stable flash conditions can be reached for 30 mm specimens. However, even if the electrical current concentration is very effective at small sizes, it generates peripheral hot spots for large specimen dimensions. The blackening effect on zirconia flash specimens acts then as an indicator of the specimen thermal history.

Details

ISSN :
09552219
Volume :
42
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of the European Ceramic Society
Accession number :
edsair.doi.dedup.....25bc7599f04844dcb2ac6466ba1cd7f7
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.021