Wat is sinteren in de vloeibare fase?
Veel sintersystemen genereren tijdens het sinterproces een vloeibare fase. Meestal reageren de toegevoegde elementen of verbindingen niet met de matrix en lossen ze ook niet op in de matrix, en kunnen ze tijdens het sinteren zelfs vloeibaar worden. Ze bevochtigen het matrixmateriaal niet, zoals lood in brons of MnS in roestvrij staal. Deze vloeibare fase bevordert of beïnvloedt het sinterproces niet; in plaats daarvan bestaat het in de matrix als druppeltjes, en wordt het hele systeem gesinterd door diffusie van vaste -toestanden.
Bovendien, wanneer er een vloeibare fase bestaat met een beperkte reactie op de matrix en die het matrixmateriaal bevochtigt, kan overmatige vorming van deze vloeibare fase leiden tot plaatselijke ineenstorting van het raamwerk, omdat de atomaire diffusiesnelheid van de vloeibare fase veel hoger is dan die van de vaste fase. Daarom is het controleren van het vloeistoffasegehalte gunstig voor het sinterproces, omdat de snellere massaoverdrachtssnelheid leidt tot een snelle verdichting van de onderdelen. De vloeibare fase kan in twee vormen bestaan: de ene is wanneer de vloeibare fase aanwezig is in het gehele sinterruim, een zogenaamde continue vloeibare fase; de andere is wanneer de vloeibare fase stolt tijdens het sinteren, een tijdelijke vloeibare fase genoemd.
Het continu sinteren in de vloeibare fase is onderverdeeld in twee typen: bij het eerste type wordt een gemengd poeder verwarmd om een vloeistof te vormen. Een typisch voorbeeld zijn zware legeringen, zoals W-Fe-Ni-legeringen, die worden verwarmd om vloeibaar Fe-Ni te vormen, waarbij W een beperkte oplosbaarheid heeft; of WC-Co-legeringen, waarbij Co een beetje WC oplost om een eutecticum te vormen, maar WC slechts een zeer kleine hoeveelheid Co oplost. Figuur 7.9 toont een microfoto van een 90W-7Ni-3Fe-legering, die bolvormige wolfraamkorrels onthult in de Ni-Fe-W-legeringsmatrix. Tijdens het sinteren smelt Fe-Ni in een vloeibare fase en lost wolfraam op, wat leidt tot sferoïdisatie van de wolfraamdeeltjes. Overtollig wolfraam dat de oplosbaarheidslimiet overschrijdt, slaat neer in de vloeistof, een typisch voorbeeld van oplossen-herprecipitatie tijdens sinteren in de vloeistoffase.
(De aanwezigheid van cirkelvormige wolfraamkorrels in de Ni-Fe-W-legeringsmatrix is een typisch voorbeeld van oplossings-reprecipitatie tijdens fasesinteren.)
Het tweede type is supersolid-line liquid phase sinteren (SLPS). Wanneer voor{2}}gelegeerd poeder boven de soliduslijn wordt verwarmd, smelten de korrelgrenzen op het oppervlak en in de deeltjes, waardoor een kleine hoeveelheid vloeibare fase ontstaat, wat resulteert in supersolide-lijnsintering in de vloeibare fase. Het genereren van deze vloeibare fase vergemakkelijkt een snelle verdichting. Een typisch voorbeeld van het gebruik van SLPS is gereedschapsstaal van het type M2. Figuur 7.10 toont een typische gesinterde microstructuur van gereedschapsstaal van het type M2. De figuur toont kleine carbidefasedeeltjes in de matrix en een grotere hoeveelheid carbidefase langs bepaalde korrelgrenzen.
(Er zit een kleine hoeveelheid carbidefase in de korrels en een grote hoeveelheid carbidefase bij sommige korrelgrenzen.)
Er zijn twee soorten voorbijgaande sinteren in de vloeibare fase: de eerste is reactiesinteren, dat plaatsvindt wanneer element A en element B een verbinding vormen, waarbij warmte vrijkomt en verbinding AB wordt gegenereerd. NiAl is zo’n voorbeeld. De tweede is wanneer de voorbijgaande vloeibare fase verdwijnt als gevolg van de diffusie van een bepaald element om een vaste oplossing te vormen. Koolstof vormt bijvoorbeeld een eutecticum met ijzer en chroom. Wanneer koolstof in de matrix diffundeert, vormt het een vaste oplossing en stolt de vloeibare fase.