UNIVERZITET U TUZLI MAINSKI FAKULTET PROIZVODNO MAINSTVO

SEMINARSKI RADTehnologija presovanja metalnih prahova Sinterovanje keramike

Ime i prezime: Broj indeksa: Odsjek: Datum:

Dibri Namik , Ibrii Jasenko II-303/08 , II-427/10 Proizvodno Mainstvo 12.07.2011 god

SADRAJ1.0 Uvod...........................................................................................................................3 1.1. Vani proizvodi sinterovanja..................................................................................4 2.0 Generalni principi sinterovanja...............................................................................5 3.0 Davanje forme...........................................................................................................6 3.1. Presovanje................................................................................................................6 3.2. Lijevanje...................................................................................................................8 3.3. Plastino davanje forme.........................................................................................8 4.0 Denzifikacija, vitrifikacija i rast zrna.......................................................................9 4.1 Mehanizmi sinterovanja.........................................................................................10 4.2 Rast Zrna.................................................................................................................10 5.0 Keramika..................................................................................................................12 5.1. Sinterovanje Al2O3.................................................................................................13 5.2. Faze prilikom procesa sinterovanja keramike....................................................17 6.0 Zakljuak.................................................................................................................19 7.0 Literatura.20

2

1.0 Uvod

Sinterovanje predstavlje termiki tretman slobodno nasutog ili prethodno presovanog metalnog praha koji se izvodi na temperaturi ispod take topljenja glavne komponente metalnog praha s ciljem dobijanja dijela odgovarajue vrstoe i dimenzija. Sinterovanje je tradicionalni postupak koji se koristi za proizvodnju predmeta od keramike, i uveliko se koristi u metalurgiji prahova. Prilikom sinterovanja se prvo pomijeaju zrnasti i prakasti materijal koji se dalje podvrgavaju povienoj temperaturi i samim time spajaju. Za razliku od livenja, gde se svi polazni materijali tope, ovde se ne tope svi polazni materijali, prosto reeno se "peku". Oblik predmeta se moe dobiti na dva naina i to presovanjem ili na taj nain da se prah ubaci u kalup i onda pusti da se osui. Mora se obezbijedit da se materijal makar malo dri zajedno (kohezija), ako to nije sluaj onda se pribjegava upotrebi "ljepila".

Slika 1. Zupanici proizvedeni sinterovanjem

3

Generalno sinterovanje je efektivno i isplativo ako se smanji poroznost, povea vrstoa i temperaturna provodljivost. Sam proces sinterovanje se odvija u peima, koje dovode materijal na temperaturu neto niu od topljenja osnovnog (glavnog) materijala. Osnovna odlika sinterovanja jest da dijelovi polaznog materijala ne mijenjaju svoju makroskopsku strukturu. Prilikom sinterovanja se polazni komad smanji, tj. dolazi do popunjavanja i priblizavanja teoretskoj gustini. Procesom sinterovanja se postie izuzetno velika gustina i jako komplicirani predmeti. Tehnologija je izuzetno skupa, misli se na nabavnu cijenu postrojenja za sinterovanje. 1.1. Vani proizvodi sinterovanja Dijelovi poput rezne keramike ili keramikih magneta Metalni gotovi dijelovi ili dijelovi za formiranje u velikim serijama; Prije svega u autoindustriji, npr. leajevi ili koljke leajeva, klizni leaji, dijelovi za motore ili pogone, reetke, filteri i trajni magneti; Dijelovi alata ili ploe za rezanje od tvrdih metala; Zubna tehnika koristi sinterovanja za proizvodnju keramikih zubi, ili navlaka;

Slika 2. Rezna ploica od sinterovanog tvrdog metala sa specijalnom presvlakom

4

Razvijanje i optimiziranje novih metalnih prahova proiruje stalno podruja primjene za sinterovane dijelove (proizvodnja automobila, kuanske maine, majstorske maine, i ureaji za urede). Proizvodnja upljih kuglastih struktura se omoguuje sinterovanjem stiropornih kuglica koje imaju sloj metalnog praha.

2. Generalni principi sinterovanjaSinterovanje je efektivno kada proces smanji poroznost i povea osobine kao to su vrstoa, toplotnu provodljivost, no u drugim sluajevima je korisno da se povea vrstoa zadravajui konstantnu apsorbljivost gasova. Tokom procesa peenja i poslije toga, velina zrna se smanjuje i postaje sferina. Promjena u slobodnoj energiji koja omoguuje da se ostvari zgunjavanje je smanjenje povrinske i slobodne energije odstranjivanjem meuveze izmeu vrstog i gasovitog agregatnog stanja. Time formira nove, ali s niom energijom, vrsto-vrste meuveze. Totalno smanjenje slobodne energije koje se pojavljuje tokom sinterovanja. Na mikroskopskom nivou, promjena materijala je pod uticajem promjene u pritisku i razlici slobodne energije preko zakrivljenje povrine. Ove promjene su zbog povrinske energije. Ako je veliina estice, i posljedino radijus zakrivljenja, mala, onda ovi uticaji mogu biti velikih razmjera. Promjena je velika kada je radijus zakrivljenja od nekoliko mikrona ili manji, to je jedno od glavnih razloga zato se veina tehnologija keramike bazira na koritenju finozrnastih materijala. Na osnovu teorema evaporizacije-konverzacije moemo demonstrirati da povrina estice tei da se prebaci u podruje vrata bazirano na razlici izmeu pritiska gasa i podruja vrata. Za osobine kao to su vrstoa i provodljivost, granino podruje kojim se estice vezuju skupa sa veliinom zrna su odluujui faktori. Varijable koje mi moemo kontrolirati za bilo koji materijal su temperatura i inicijalna veliina zrna, gdje je pritisak pare ovisan o temperaturi. Kroz vrijeme varijable postaju radijus estice i pritisak gasa. Izvor energije za procese u vrstim stanjima je promjena u slobodnoj ili hemijskoj potencijalnoj energiji izmeu vrata i povrine estice. Ova energija pravi transfer materijala na najbri mogui nain. Ako bi se transfer desio iz zapremine estice ili granice zrna izmeu estica onda bi dolo do redukcije estica i razaranja pora. Eliminiranja pora se bre odvija za proces sa puno pora uniformne veliine i veeg poroziteta gdje je udaljenost za difuziju na granici manja. Oksidi, npr. , su finozrnaste estice koje ak pri poetku procesa termikog tretmana, poveavaju veliinu zrna i pora. Za kasnije etape procesa granice i reetkasta difuzija iz granice postaju vani. Da bi se kontrolirao proces sinterovanja, temperatura je veoma vaan imbenik, poto se granica zrna i volumenska difuzija oslanjaju uveliko na temperaturu, veliina i distribucija zrna u materijalu, kompozicija materijala i sama okolina sinterovanja se treba kontrolirati; stopa sinterovanja se mijenja sa vremenskom konstantnom. Pojedine prednosti sinterovanja su:5

1. Mogunost velike istoe za poetni materijal i njihova velika uniformnost; 2. Ouvanje istoe zbog ograniavajue prirode pojedinih procesa proizvodnje; 3. Stabilizacija detalja ponavljajuih operacija kontroliranjem ulazne veliine zrna; 4. Neprisutstvo vezujueg kontakta izmeu segregiranih estica praha ili ukljuaka; 5. Nije potrebna deformacija da se dobije direkcionalna elongacija estica; 6. Mogunost staranja materijala jednoline kontroliranje poroznosti;

3. Davanje formePrilikom davanje forme cilj nam je da napravimo ravnomjernu raspodjelu mase u itavom sirovom dijelu. Na proces kojim emo da formiramo sirovac utiu vrsta materijala, forma eljenog dijela, ciljani broj dijelova cijena. U principu imamo tri procesa davanja forme: 1. Presovanje 2. Lijevanje 3. Plastino davanje forme

3.1. Presovanje3.1.1. Suho i vlano presovanje U odnosu na vlanost postoje dvje mogunosti davanje forme presovanjem: suho i vlano presovanje. Kod suhog presovanja je udio vode u sirovini manji od 7%. Ova metoda je posebno prikladna za proizvodnju velikih serija. Alati za formiranje su veoma skupi i isplate se samo kod velikih serija. Sloena priprema prahova i ogranienja prilikom geometrije dijelova su uz mogue razlike u gustoi (unutranja nehomogenost, lunkeri) dalji nedostatci. No uz to imamo i prednosti, kao to su velika reproduktivnost, velika tanost kao i automatsko odvijanje procesa. Alternativa suhom presovanju je vlano presovanje kod kojeg je udio vode preko 12%. Ovaj nain presovanja omoguuje dobijanje komplikovanih geometrija i ravnomjernu podjelu gustine. No potrebno je suiti sirovi dio koji dobijemo. Pored toga presovani dijelovi od granulata koje se mrvi od vlage posjeduju manju gustou a samim tim manju vrstou nego dijelovi koji su suhopresovani.

Slika 3. Proces suhog presovanja 6

3.1.2 Uniaksijalno presovanje Za proizvodnju ploastih tijela koristi se esto metoda uniaksijalnog presovanja. Pritisak presovanja se prilikom procesa prenosi na tijelo samo u jednom smijeru. Osobine teenja praha (oblik zrna, funkcija raspodjele zrna) su od velikog znaaja, jer od nje ovisi sposobnost zgunjavanja. Pomona sredstva kao to su ulja i vosak poboljavaju klizanje i zgunjavanje. Na smanjenje materijala prilikom suenja i peenja se utie preteno preko homogenosti gustine. Razliite vrijednosti gustoe na istom presovanom dijelu nastaju preteno zbog trenja mase na alatci za formiranje. Zbog toga je potrebno pri poveanom odnosu L/D (L debljina dijela, D- dijametar ) imati protupritisak ili pokretne zidove sa strane. Dalji problem nastaje pri prevelikom pritisku presovanja. Kada vadimo presovani dio iz forme mogu nastati lokalni povrinski naponi, koji nakon svog otputanja esto dovode do pukotina u obliku kratera na dijelu. Unato tome se uniaksijalno presovanje razvilo u velikoserijski proces.

Slika 4. Uniaksijalno presovanje (jednostrano, obostrano)

7

3.1.3. Izostatsko presovanje Kod izostatskog presovanja je pritisak presovanja jednak u svim smijerovima. Ova metoda je prikladna za manje dijelove sa velikom izotropnou i ravnomjernom gustoom, uz to je prilino jeftin za komplikovane prototipove i proizvodnju u malim serijama.

Slika 5. Izostatiko presovanje

3.2. Lijevanje Pored presovanja se koristi i lijevanje za davanje forme. Za to nam je potreban liker koji je sposoban za lijevanje (preteno sa organskim dodacima), koji posjeduju udio vode ili nekog drugog sredstva za rastvaranje od 30%. Pomou upljeg lijevanja dobijamo uplja tijela sa ravnomjernom debljinom zida. Za masivne dijelove je prikladno lijevanje u jezgri (npr. gipsane forme). Za specijalne upotrebe se koriste postupci lijevanja pod pritiskom, mlazno lijevanje i folijsko lijevanje, sa kojima dobijamo radne dijelove posebne geometrije i posebnih osobina. 3.3. Plastino davanje forme Za dijelove izrazito sloene geometrije je plastino formiranje esto najbolje rijeenje. Tu pripadaju ekstruzija i PIM metoda: zagrijani pu pritie sirovi materijal u formu. Osnovni materijal koji se prilikom ovog procesa koristi se vrlo razlikuje od normalnog praha za sinterovanje.

8

4. Denzifikacija, vitrifikacija i rast zrnaSinterovanje u praksi je kontroliranje denzifikacije i rasta zrna. Denzifikacija je proces smanjenja poroznosti, to znai da poveavamo gustou. Rast zrna je proces kretanja granice zrna i Ostwaldovog sazrijevanja da bi se poveala prosjena veliina zrna. Poto mnoge osobine ( Mehanika vrstoa, snaga elektrinog loma i dr) profitiraju iz velike relativne gustoe kao i male veliine zrna, mogunost kontroliranja ovog procesa je od velike tehnike bitnosti.

Slika 5. ema Ostwaldovog sazrijevanja

Ostwaldovo sazrijevanje se pojavljuje u nehomogenim rastvorima (u vrstom ili tekuem stanju), ako imamo fazne precipitate u rastvoru, energetski faktori e uzrokovati da vei precipitati rastu, privlaei materijal iz manjih precipitata, koji se smanjuju. Poto je denzifikaciji prahova potrebna velika temperatura rast zrna se prirodno javlja tokom sinterovanja. Redukcija ovog procesa je klju za mnoge tehnologije keramikog ininjerstva. Da bi se desila denzifikacija na velikoj brzini bitno je da se ima koliina tekue faze velike veliine, zatim je bitna kompletna rastvorljivost vrste faze u tekuoj, i navlaivanje vrste faze pomou tene. Kada tekua faza navlai vrste estice, svaki prostor izmeu estica postaje kapilar u kojem se razvija znatan pritisak. Za submikronske veliine zrna, kapilari sa dijametrom od 0.1 do 1 mikron razviju pritisak od 175 do 1750 psi za silikatne tekuine, dok je za metale kao to je tekui kobalt pritisak od 975 do 9750 psi. Denzifikaciji je potreban konstantan kapilarni pritisak gdje sama rastvorna precipitacija pretvorbe materijala ne bi dovela do denzifikacije. Za dalju denzifikaciju, dodatna kretanja estica dok estica prolazi kroz rast zrna i promjenu oblika zrna, se deava. (1PSI=6874,76 Pa)* Smanjenje bi se dobila kada bi tekuina ula izmeu estica i poveala pritisak na takama dodira to bi uzrokovalo da se materijal odmakne od podruja kontakta pribliujui centre estica jedne drugima. Sinterovanje materijala u tenoj fazi ukljuuje finozrnastu vrstu fazu koja stvara potrebni kapilarni pritisak proporcijalan preniku i uz to koncentracija tekuine mora stvoriti potrebni kapilarni pritisak unutar svog dometa, inae bi proces stao.9

Stopa vitrifikacije je ovisna o veliini pore, viskoznosti i koliini prisutne tekue faze to uzrokuje na viskoznost ukupnog rastvora, i povrinskog napona. Temperaturna ovisnost kontrolira proces denzifikacije jer na veim temperaturama viskoznost se smanjuje i poveava sadraj tekue faze. Stoga kada se izvre promjene kompozicije i samog procesiranja, to e uticati na proces vitrifikacije.

4.1 Mehanizmi sinterovanja Sinterovanje se odvija pomou difuzije atoma kroz mikrostrukturu. Ovu difuziju uzrokuje gradijent hemijskog potencijala atomi se kreu iz podruja sa veim hemijskim potencijalom u podruje sa niim. Razliite putanje koji atomi uzmaju da bi stigli iz jedne take u drugu su mehanizmi sinterovanja. Pet najeih mehanizama su: Povrinska difuzija Difuzija atoma du povrinu estice Transport pare Isparavanje atoma koji se kondenzuju na drugoj povrini Reetkasta difuzija iz povrine Atomi iz povrine difuziraju kroz reetku Difuzija na granici zrna Atomi iz granice zrna difuziraju kroz reetku Plastina deformacija Dislokacijska kretanja izazivaju tok materije Takoe se trebaju razlikovati zgunjavajue i ne-zgunjavajue mehanizme. Prva tri su mehanizmi koji ne zgunjavaju oni uzimaju atome iz povrine i preureuju ih u druge povrine ili dijelove iste povrine. Ovi mehanizmi jednostavno premjetaju materiju unutar poroznosti i na uzrokuju smanjenje pora. Zadnja dva mehanizma su zgunjavajua atomi se pomjeraju iz mase prema povrini pora i time eliminiraju poroznost i poveavaju gustou primjerka. 4.2 Rast Zrna Rast zrna se deava zbog kretanja atome du granice zrna. Konveksne povrine imaju vei hemijski potencijal nego konkavne i stoga granice zrna e se kretati prema centru zakrivljenosti. Kako manje estice obino imaju vei radijus zakrivljenosti ovo rezultira da manja zrna gube atome dajui ih veim i time se smanjuju (Ostwaldovo sazrijevanje). Vea zrna rastu na raun manjih. Rast zrna se u jednostavnom modelu moe predstaviti na slijedei nain.

G finalna prosjena veliina zrna; G0 poetna prosjena veliina zrna ; t vrijeme;

10

m faktor izmeu 2-4 K je faktor koji definiramo na slijedei nain: K = K0exp( Q / RT) Q molarna energija aktivacije; R je idealna gasna konstanta ; T apsolutna temperatura; K0 konstanta ovisna o vrsti materijala granicu zrna moemo smanjiti na dva naina : jonskim rastvorom i finozrnastim esticama druge faze.

Slika 6. Rast zrna prilikom procesa sinterovanja

11

5. KeramikaKeramika je jedan od najstarijih materijala sa irokim podrujem primjene. Ve u starom dobu su glina i kasnije porculan imali veliku ulogu u svakodnevnici. Danas su pored klasinih poznate i vane tzv. tehnike keramike. Radi se o keramikim proizvodima koji se proizvode za tehnike primjene. Odlikuju se posebnim osobinama, kao npr. Velika otpornost na habanje, velikom tvrdoom, izdrljivosti na velikim temperaturama, dobrom sposobnou provoenja toplote ili kao dobri elektroizolatori. Neke keramike imaju pored toga i osobine poluprovodnika (FeO, ZnO, SiC) ili sposobnost supraprovodnika (YBa2Cu3O7-x). Generalno su keramiki materijali anorganski, nemetalni i po pravilu polikristalni. Oni su preteno tvrdi i krti zbog njihovih jonskih i kovalentnih veza. Keramike se daju podjeliti na grupe silikatnih, oksidnih i neoksidnih keramika. Silikatnim keramikama pripadaju tehniki porculani, steatit, korderit i mulitne keramike. Glavni sastavni dijelovi su glina i kaolin, kao i feldspat i kvarcni kamen kao nosa silikata Oksidne keramike sadre oko 90% jednofaznog ili jednokomponentnog metalnog oksida. Najvaniji zastupnici su aluminijumoskid (Al2O3), magnezijumoksid (MgO), Cirkonijumoksid (ZrO2), aluminijumtitanat (Al2TiO5) i piezokeramika. Grupi neoksidnih keramika pripadaju karbidi (silicijumkarbidi sa razliitim metodama proizvodnje, borkarbid) i nitridi (silicijumnitrid, aluminijumnitrid, silicijumaluminijumoksinitrid). Veliki udio kovalentnih veza daje ovim materijalima dobre mehanike osobine i pri veoma velikim temperaturama. Pojedinani keramiki proizvodi posjeduju raznovrsne osobine. Shodno tome imamo mnogobrojne postupke proizvodnje, ovisno tipu dijela, vrsti materijala, cijeni i broju serije.

Slika 7. Tipine temperature sinterovanja 12

5.1. Sinterovanje Al2O3 Sinterovanje Al2O3 keramike je moda najtei posao na koji se nailazi u toku njene izrade. Za sinterovanje se uglavnom koriste tunelske i periodine komorne pei.

Slika 8. Tunelske pei

Tunelske pei imaju prednost zbog odravanja ujednaenije temperature za vrijeme ciklusa sinterovanja i ekonominije su za veu proizvodnju. Medjutim,periodine pei uspjeno se upotrebljavaju kada se radi o relativno malim koliinama robe ili kada su u pitanju razni sastavi koji zahtijevaju pojedinana sinterovanja. Sinterovanje proizvoda na bazi visokog sadraja glinice vri se na temperaturama izmeu 1400 i 1900 Celzijusovih stepena, pri emu je stvarna temperatura sinterovanja odreena procentualnim ueem glinice, reakcionom sposobnou glinice, kao i izborom i koliinom dodatnih materijala (topitelja). Sinterovanje Al2O3-keramike predstavlja termiki aktiviran process uguavanja kompaktnog praha .Uguavanje kompaktnog praha kod temperature ispod take topljenja (sinterovanje) praeno je stezanjem, odnosno smanjivanjem praznina(pora) izmedju estica i njihovim eliminisanjem. Vie od bilo kojeg drugog svojstva, stezanje je karakteristika procesa sinterovanja.

13

Linearno stezanje moe da iznosi 5-20% zavisno od vrste upotrijebljene glinice granulometrije u polaznom materijalu i postupka oblikovanja. Tano odabrani uslovi sinterovanja za odreeni sastav moraju se kontrolisati i treba ih se tano pridravati. Ako je temperature suvie niska u svakom komadu ostane odredjeni sadraj preostalih pora, koje utiu na mehaniku vrstou, sposobnost voenja toplote, kvalitet povrine i to tetno. U sluaju prekoraenja optimalne temperature sinterovanja ne moe se vie svesti stvoreni porozitet, ali se zapaa rast kristala koji ima tetne posljedice za mnoge osobine i mora se izbjegavati, izuzimajui odreene sluajeve kad su veliki kristali poeljni. Posebna panja mora se posvetiti izboru odgovarajue ambalae (podloge) za sinterovanje Al2O3 - keramike. Veina uobiajenih keramikih vatrostalnih materijala za izradu ambalae kao to su mulit i cirkon napadaju Al2O3 - keramiku za vrijeme sinterovanja, tako da je nuno upotrijebiti ambalau od smjese sa visokim procentom Al2O3 ili zatititi robu od dodira sa ambalaom nasipanjem sloja elektotopljenog korunda. Veliki komadi moraju biti postavljeni na ravne povrine, jer proizvodi sa visokim sadrajem glinice imaju tendenciju omekavnja na temperaturama sinterovanja i poprimaju oblik vatrostalne ambalae na kojoj su postavljeni.To je naroito vano kada se zahtijevaju visoke tolerancije.

Slika 9. Ambalaa keramike

Budui da Al2O3 - keramika ima relativno dobru otpornost na toplotne udare, period hlaenja u ciklusu sinterovanja (peenja) moe biti takoe brz i jednostavnog14

oblika.Trajnost obloge pei ovdje predstavlja presudni faktor kod tanog odreivanja brzine voenja perioda predgrijavanja i hlaenja. Zona visoke temperature u kojoj nastupa vitrifikacija (sinterovanje) je u svakom pogledu najvanija. Za razliku od konvencionalnih keramickih proizvoda, Al2O3 - keramika se sastoji od preteno od kristala Al2O3 sa relativno malom koliinom drugih kristala i vrlo neznatnom koliinom staklaste faze. Proces vitrifikacije, kao stvaranje medijuma za meukristalne veze u proizvodu, ini se da je neophodno imati odreenu koliinu stakla i da je neophodno izabrati takvu zavrnu temperature sinterovanja, koja je dovoljna da se staklo uini aktivnim, a da istovremeno ta temperature bude dovoljno niska, da bi se sprijeilo previsoko peenje ili deformacija.Ispravni put daje odabiranje minimalne korektne temperarure i njeno odravanje u dovoljnom trajanju da bi reakcija bila potpuna.

Slika 9. Dijagram sinterovanja 15

Sinterovanje istog Al2O3 praha odgovara u naelu sinterovanju vrste faze. Topljene faze koje esto moemo primjetiti su posljedica neistoa i aditiva. Transport masa se odvija preko mehanizama difuzije koji su veoma ovisni o temperaturi. Potrebna energija aktiviranja je za Al2O3 ovisno o mehanizmu i autoru od oko 480 kJ/mol i 770 kJ/mol. Kod oksidnih vrstih tijela poput Al2O3 je potrebna temperatura za aktiviranje difuzije izmeu 80% i 90% od temperature topljenja. Rast zrna kao i vrata su poput smanjenja upravljani pomou vremena i temperature. Temperatura, pri kojoj proces sinterovanja poinje, se moe vidjeti u krivoj sinterovanja. U njoj se prikazuje smanjenje u ovisnosti od temperature. Krivu pravimo pomou dilatometra.

Slika 10. Dijagram sinterovanja

16

5.2. Faze prilikom procesa sinterovanja keramike5.2.1 Sinterovanje bez uea tene faze Kod vrstofaznog sinterovanja je temperatura ispod take topljenja svih faza koje uestvuju u procesu. Sinterovanje se odvija pomou procesa difuzije, isparavanja i mehanizama kondenzacije ili u sluaju djelovanja vanjskog pritiska pomou teenja kristalne faze. Tokom procesa smanjujemo slobodnu energiju sistema reduciranjem povrinske energije i energije na granici zrna. U realnim sistemima su za razliku od idealnih modela su specifine energije povrine i granice zrna ovisne i od kristalografskih smijerova. Sinterovanje je kontinuiran proces kojime drastino mijenjamo mikrostrukturu keramike. Stoga je logino da proces podjelimo u razliite stadije. Svaki stadij sinterovanja je opisan jednim idealnim geometrijskim modelom, koji je prilagoen trenutnoj mikrostrukturi materije. 5.2.1.a Poetni stadij U ovoj fazi sinterovanja imamo poroznost, pa se estice mogu preraspodijeliti. Na takama dodira nastaju veze, i pore dobijaju okrugli oblik. Greke u materijalu i naponi se razgrauju. Mehanizmi transporta mase se mogu odvijati sa ili bez skupljanja. Na slijedeoj slici imamo primjer oba procesa. Bez skupljanja: 1. Isparavanje kondenzacija 2. Povrinska difuzija 3. Zapreminska difuzija sa povrine Sa skupljanjem: 4. Zapreminska difuzija granica zrna 5. Difuzija graninih povrina du granice zrna 6. Kristalno-plastino teenje Mehanizmi isparavanja i kondenzacije igraju generalno gledajui podreenu ulogu. Kod keramikog sinterovanja dominiraju preteno mehanizmi difuzije. Povrinska, granina i zapreminska difuzija se razlikuju u prvom redu po svojoj brzini. Koncentracija upljina veoma utie na difuziju. Vea je na savijenim povrinama (grla sa malim radijusima) nego u unutranjosti zrna. Kroz ove odnose koncentracija se uzrokuje difuzija praznina koja je povezana sa kretanjem materijala u suprotnom smijeru .

17

5.2.1.b Glavni stadij U ovom stadiju rastu grla, dok se estina zrna pribliavaju jedna drugom. Geometrija materijala se mijenja i susjedna grla se preklapaju jedan u drugog. Na poetku je jo poprilino velika poroznost (oko 20%). Broj pora se smanjuje na osnovu smanjenja pora i koalescentnosti. Paralelno graenju zatvorene poroznosti, dolazi do rasta kristala, tako da se pojedinane estice ne mogu vie razlikovati. 5.2.1.c Zavrni stadij Kod ovog stadija se tijelo gusto sinteruje. Rast zrna staje zbog neistoa, pora i stranih ukljuaka nakon dolaska do odreene veliine zrna. Ako tokom rasta zrna pore uu u unutranjost kristala, mogu se odstraniti samo preko vrlo spore zapreminske difuzije i stoga ostaju u strukturi. Kod mnogobrojnih struktura moemo promatrati jak diskontinuiran rast pojedinih zrna, to se opisuje kao sekundarna rekristalizacija. Nehomogena poetna gustoa i raspored zrna potpomau ovo ponaanje kao i koalescencija pora. 5.2.2 Sinterovanje sa tenom fazom Prilikom sinterovanja sa tenom fazom se dodaju aditivi koji pomau sinterovanju i zagrijavaju se na temperaturu veu od temperature solidusa sistema materijala, tako da doe do nastanka tenih faza. Razlikujemo slijedee vrste nastanka topljene faze : Ogranieno topljenje jednog homogenog materijala za sinterovanje (stakleni prah); Topljenje jedne faze u heterogenom materijalu za sinterovanje bez reakcije (npr. faze sa eutektikim sastavom); Nastanak topljene faze u jednom heterogenom materijalu kao posljedica hemijske reakcije;

Veliko zgunjavanje je pod uticajem slijedeih faktora: Veliki udio tene faze; Rastvorljivost veste faze unutar tene faze; Vlaenje vrste faze tenom fazom;

Proces sinterovanja sa tenom fazom se takoe dijeli u tri stadija.

18

5.2.2.a Poetni stadij U poetnom stadiju, uz prisutnost tenosti, moemo posmatrati premjetanje estica to dovodi do poveanja gustoe pakovanja. Smanjenje probe je od veeg znaaja to je vei volumen tene faze i smanjuje se kroz veliku poetnu gustou i neravnomjerno formirane estice. 5.2.2.b Glavni stadij im se smanji brzina smanjenja prilikom razmijetanja estica smanji, nastupaju procesi rastvaranja i ponovnog nastajanja veste faze, to je povezano sa daljim zgunjavanjem. Vea zrna rastu na raun manjih jer oni imaju veu rastvorljivost. Ovaj proces, koji zovemo Ostwaldovo zrenje, dovodi do manjeg broja, ali veih zrna na veem razmaku. Dodatno se pore elimiraju zbog promjene forme zrna uzrokovane difuzijom i zrna se pribliavaju jedna drugom.

5.2.2.c Zavrni stadij U posljednjem stadiju, koje se zove Skeletno sinterovanje, odvija se samo sporo zgunjavanje. Ovo se moe ostvariti samo pomou sinterovanja vrste faze, ako prije nego to doemo do finalne gustoe doe do vezivanja izmeu zrna. Ovaj proces je veoma spor i odvija se ponajvie preko difuzije na granici zrna.

6. ZakljuakSinterovanje je metod pravljenja predmeta iz praha, grijanjem materijala u pei za sinterovanje ispod njegove temperature topljenja (sinterovanje u vrstom stanju) dok njegove estice ne prilijepe jedna uz drugu. Sinterovanje se tradicionalno koristi za proizvodnju keramikih predmeta, ali se isto koristi u oblasti metalurgije prahova. Predstavlja jedan od najboljih postupaka za metalurgiju, ali se isplati tek u velikoserijskoj proizvonji. U maloserijskoj, pojedinanoj primjeni nije uopte rentabilna zbog visoke nabavne cijene. Osnovni princip sinterovanja jeste da sjedini datu mjeavinu u jednu kompaktnu cjelinu koja e kao takva nakon tretmana, potpuno zadovoljiti date kriterije. Sinterovanje je efektivno kada proces smanji poroznost i povea osobine kao to su vrstoa, poluprovidnost i toplotnu provodljivost, no u drugim sluajevima je korisno da se povea vrstoa zadravajui konstantnu apsorbljivost gasova.19

7.0 Literatura German, Randall M. Sintering Theory and Practice Kang, Suk-Joong L. Sintering Schatt, Werner. Sintervorgnge Grundlagen Uticajnosti faktora temperature i pritiska na sinterovanje, Skula Admir 2011 Schatt, Werner; Wieters, Klaus-Peter; Kieback, Bernd Pulvermetallurgie www.wikipedia.com

Green, Hannink, Swain - Transformation Toughening of Ceramics

20