Uus plasmalõõmutusahi avab võimaluse valmistada füüsika instituudis kulumiskindlaid materjale

Füüsika instituudi kiletehnoloogia labori aparatuur täienes hiljuti plasmalõõmutusahju* näol (Spark Plasma Sintering system, SPS2000, SUGA Co., LTd). Tegemist on kõrgtehnoloogilise seadmega, mis võimaldab valmistada kompaktseid materjale (nt keraamika, komposiidid, metallid, sulamid), kasutades selleks pulbrite ülikiiret ja kontrollitud paagutamist elektrivoolu ja rõhu abil.

Plasmalõõmutusahjus juhitakse vormis asuvasse pulbrilisse materjali väga tugev (mitutuhat amprit) pulseeriv elektrivool, mis tagab materjali äärmiselt kiire soojenemise (kuni 1000 °C/min). Kuumutamisel sulab või pehmeneb ainult pulbriosakeste pealmine pind. Pulbri samaaegsel kokku pressimisel täidab selline osakesi ümbritsev “pehme” kest osakeste vahelised tühimikud ning moodustub tihe ja poorideta materjal. Kuumutamisprotsessi kiirus aitab piirata materjaliterade kasvu ja nii valmivad nanostruktuursed materjalid, mida teiste meetoditega on kas väga raske või lausa võimatu saada. Sel viisil on näiteks võimalik pulbrilistest lähteainetest valmistada (paagutada) kõvu ja kulumiskindlaid materjale. Seejuures on sobivate materjalide valik väga lai:
• kõrge sulamistemperatuuriga materjalid (W, Mo, Ta), kõvad komposiidid ja kõvasulamid (WC–Co, SiC, B₄C, TiB₂) jm.
• erinevad funktsionaalsed materjalid (termoelektrilised, piesoelektrilised jne.)
• nanostruktuursed pulbrid
• amorfsed ja metastabiilsed materjalid

Siinkohal tuleb märkida, et nanostruktuursed materjalid on väga tundlikud pikaajalise kuumutamise suhtes, mistõttu plasmalõõmutusahi on nende töötlemiseks eriti sobiv, kuna see vähendab terade kasvu ja võimaldab säilitada nanostruktuuri. Uus ahi võimaldab muuhulgas paagutada ka karbiididel põhinevat keraamikat, mida kasutatakse tööstuses lõiketerade ja muude kulumiskindlate komponentide valmistamisel. Seega loob uus seade head eeldused ettevõtetega koostöö arendamiseks. Heal tasemel aparatuur tõstab muidugi ka meie teadustöö taset.

* Plasmalõõmutusahju hange sai võimalikuks tänu Eesti Teadusagentuuri projektile TemTA-31 “Taaskasutatud materjalidest sünteesitud karbiidid ja nende kasutamine töötlevas ning kõrgtehnoloogilises tööstuses“ ja TÜ arengufondile.