title: A methodology to investigate the intrinsic effect of the pulsed electric current during the spark plasma sintering of electrically conductive powders.
abstract: A novel methodology is proposed for investigating the effect of the pulsed electric current during the spark plasma sintering (SPS) of electrically conductive powders without potential misinterpretation of experimental results. First, ensemble configurations (geometry, size and material of the powder sample, die, plunger and spacers) are identified where the electric current is forced to flow only through either the sample or the die, so that the sample is heated either through the Joule effect or by thermal conduction, respectively. These ensemble configurations are selected using a recently proposed mathematical model of an SPS apparatus, which, once suitably modified, makes it possible to carry out detailed electrical and thermal analysis. Next, SPS experiments are conducted using the ensemble configurations theoretically identified. Using aluminum powders as a case study, we find that the temporal profiles of sample shrinkage, which indicate densification behavior, as well as the final density of the sample are clearly different when the electric current flows only through the sample or through the die containing it, whereas the temperature cycle and mechanical load are the same in both cases.
authors.affiliation: Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, Unità di Ricerca del Consorzio Interuniversitario Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), and Unità di Ricerca del Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Cagliari, Piazza d'Armi, 09123 Cagliari, Italy.
authors.forename: Antonio Mario
authors.initials: AM
authors.lastname: Locci
authors.affiliation: Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, Unità di Ricerca del Consorzio Interuniversitario Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), and Unità di Ricerca del Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Cagliari, Piazza d'Armi, 09123 Cagliari, Italy.
authors.forename: Alberto
authors.initials: A
authors.lastname: Cincotti
authors.affiliation: Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, Unità di Ricerca del Consorzio Interuniversitario Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), and Unità di Ricerca del Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Cagliari, Piazza d'Armi, 09123 Cagliari, Italy.
authors.forename: Sara
authors.initials: S
authors.lastname: Todde
authors.affiliation: Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, Unità di Ricerca del Consorzio Interuniversitario Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), and Unità di Ricerca del Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Cagliari, Piazza d'Armi, 09123 Cagliari, Italy.
authors.forename: Roberto
authors.initials: R
authors.lastname: Orrù
authors.affiliation: Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, Unità di Ricerca del Consorzio Interuniversitario Nazionale di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), and Unità di Ricerca del Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università degli Studi di Cagliari, Piazza d'Armi, 09123 Cagliari, Italy; CRS4-Centro di Ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna, Parco Scientifico e Tecnologico, POLARIS, Edificio 1, 09010 Pula (CA), Italy.
authors.forename: Giacomo
authors.initials: G
authors.lastname: Cao
keywords: Joule effect; electric current; modeling; spark plasma sintering