Sinterleme

Sinterleme
MsXLabs.Org & Morpa Genel Kültür Ansiklopedisi

Metalurjide, öğütülmüş ya da doğal olarak toz biçiminde olan filizleri ısıtarak topak biçimine getirme işlemi. Genel olarak herhangi bir katının taneciklerini, soğukta basınç uygulayıp bir ısıl işlem aracılığıyla topaklaştırma işlemine bu ad verilir. Basınç etkisiyle yığın hâline gelen madde, ergime noktasının altında bir sıcaklık derecesinde sinterlenir.

Sinterleme, toz halindeki malzemenin erime sıcaklığı altındaki bir sıcaklığa belli bir süre maruz bırakılarak tozların birbirlerine değdikleri noktalardan başlayarak kaynaşmasına denir. Moleküler çekim kuvvetleriyle partikül kabuğunda oluşan yüzey geriliminin, sıcaklıkla azaltılıp biribirine kaynaşması, bu yönüyle eriterek kaynaşmadan çok farklılık gösterir.



Sanayide uzun bir süreden beri metal ve seramik tozlarıyla yapılan bulk (toptan) sinterleme işleminde önce geçici bir yapıştırıcı ile karıştırılıp bir kalıpta sıkıştırılarak birbirine bağlanan toz malzeme (green state) sonradan sinterleme fırınlarında yükske sıcaklıklarda bekletilerek sinterlemenin gerçekleşmesi sağlanır. Yukarıdaki resimler bu teknolojiye aittir.
İnşaat sanyinde de tuğla fayans vs seramik mamullerin imalatı sırasında fırında ısı ile tanelerin birleşmesi de aynı fiziksel temele dayanır ve bu sinterlemeye "seramik bağ" denir.
Sinterleme teknolojisinin otoinşa teknolojisyle birleştirilmesiyle ise aşağıdaki farklı konular, sinterleme mekanizömaları ve yeni araştırma sahaları ortaya çıkmıştır:

• Metal toza ek olarak plastik toz malzemelerin de sinterlenmesi ihtiyacı.
• Toptan sinterleme yerine seçmeli (noktasal taramalı) sinterleme.
• Sinterleme süresi çok kısalmıştır. Isı kaynağı ışın çok kısa bir sürede malzeme üzerinden geçmektedir. Bu kadar kısa sürede ideal bir sinterlemenin olması çok güçtür. Genellikle sinterleme ve erime-soğuma birlikte olmaktadır. Bazı otoinşa sistemlerinde sinterlemeyi tamamlamak için parça, inşa sonrasında ayrı bir sinterleme fırınında işlem görür. Işın enerjisinin sinterleme veya eritmeye yetmediği metal tozlu uygulamalarında ise plastikle kaplanmış metal tozları kullanılır. Burada, inşa sırasında plastik tabaka ışınla eritilerek metal tozlar geçici olarak yapıştırılır. Bu safhaya "green state" ismi verilir. Sonradan bir sinterleme fırınında asıl sinterleme yapılır.

Sinterleme
MsXLabs.Org

Sinterleme, gözenekli yapıda bir form kazandırılmış tozların yüzey alanının küçülmesi, partikül temas noktalarının büyümesi ve buna bağlı olarak gözenek şeklinin değişmesine ve gözenek hacminin küçülmesine neden olan ısıl olarak aktive edilmiş malzeme taşınımı olarak tanımlanabilir. Sıkıştırılmış toz parçalar arasındaki bağlantı yapışma, mekanik kitlenme ve benzeri türden zayıf bağlar olup kristal kafes içerisindeki bağ dayanımına kıyasla çok zayıf kalmaktadır . Bu sebeple; sıkıştırılmış ham yoğunluktaki T/M parçalarına mukavemet ve yüksek yoğunluk kazandırmak amacıyla ergime noktasının altındaki sıcaklıkta ısıl işlem uygulanır. Sinterlemenin başlaması noktasal olarak temas halinde bulunan toz parçacıklarının katı-hal bağına dönüşümü ile olur. Sinterleme işlemi sırasında, nokta teması ile başlayan, ara parçacık bağının gelişmesi ile devam eden mekanizmaya çift-küre sinterleme modeli denilmektedir (Şekil 1). Bu modelde, parçacık temasının sonucunda oluşan boyun büyümesiyle yeni bir tane sınırı oluşur ve iki parçacık tek bir parçacık oluşturacak şekilde birleşir.

Sinterleme sıcaklığı, tek bileşenli sistemlerde metalin ergime sıcaklığının 2/3 veya 4/5’i alınarak tespit edilirken, birden fazla bileşenli sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı, ergime sıcaklığı yüksek olan bileşenin ergime sıcaklığının altında, ergime sıcaklığı düşük olan bileşenin ergime sıcaklığının üzerinde seçilir. Demir alaşımları 1000 – 1300 °C, refrakter metaller 2000 – 2900 °C arasındaki sıcaklıklarda sinterlenirler. Sinterleme süresi kullanılan malzemeye göre değişir. Sinterleme sıcaklığı yükseldikçe sinterleme süresi kısalır. Toz kütlelerinde, sahip oldukları büyük yüzeylerden dolayı yüzey enerjisi bulunur. Sinterleme sırasında tozların birbiriyle bağlanması ve toz yüzeylerinin düzelmesiyle yüzey alanları azalır ve böylece yüzey enerjisi de azalır.