Sıcak presleme sinterleme (HP), mekanik olarak basınçlandırılmış bir sinterleme yöntemidir. Bu yöntem yerleştirmek içinseramiktoz bir kalıp boşluğuna konur ve basınç uygulanırken toz sinterleme sıcaklığına ısıtılır. İtici kuvvet dış basınçla desteklendiğinden, nispeten kısa sürede yoğunlaştırma gerçekleştirilebilir ve ince ve düzgün taneli bir mikro yapı elde edilebilir. Bu nedenle kovalent bağlarla sinterlenmesi zor olan yüksek sıcaklıktaki seramik malzemeler (Si3N4, B, C, SiC, TiB2, ZrB2 gibi) için sıcak presleme sinterleme etkili bir yoğunlaştırma teknolojisidir. Sıcak presleme sinterlemesi, normal basınç sinterleme sıcaklığının biraz altında 100°C~200°C'lik biraz daha düşük bir sıcaklıkta, teorik yoğunluğa yakın yoğunluğa sahip seramik ürünler elde edebilir; Sıcak presleme sinterleme aynı zamanda ürünün şeffaflık, iletkenlik, mekanik özellikler ve kullanım güvenilirliği gibi performansını da artırabilir.
Bununla birlikte, sıcak presleme sinterlemesi genellikle yalnızca tek şekilli ürünler üretebilir ve çoğu durumda son işlemler üretim maliyetini büyük ölçüde artıracaktır. Bununla birlikte, 40 yılı aşkın bir gelişme sonrasında, sıcak presleme sinterlemesi basit laboratuvar araştırmasından yaygın endüstriyel uygulamaya doğru evrilmiş ve olgun ve önemli bir sinterleme süreci haline gelmiştir.
Sıcak presleme fırını ve kalıp malzemeleri:
Tozlar veya önceden şekillendirilmiş parçalar genellikle kalıba yerleştirilir, aynı anda ısıtılır ve basınç uygulanır. Uygulamaya bağlı olarak çalışma sıcaklığı 250°C'ye kadar çıkabilir ve çalışma basıncı genellikle 10~75 MPa'dır. Sıcak presleme sinterlemesinde uygulanabilecek maksimum basınç, kalıbın mukavemeti ile sınırlıdır. Yaygın olarak kullanılan grafit kalıplar için basınç genellikle 40 MPa'ya ulaşabilir.
Özel grafit kalıplar veya daha pahalı olan yüksek sıcaklıktaki metal (Nimonic alaşımı gibi) veya yüksek sıcaklıktaki seramik (Al2O3, SiC gibi) kalıplar kullanılarak basınç 75MPa'ya yükseltilebilir. Al2O3 ve SiC gibi kalıp malzemeleri, hazırlama teknolojisi ve maliyet sınırlamaları nedeniyle yalnızca küçük boyutlu (5 cm çapında) kalıpların yapımında kullanılabilir; Kalıp ile baskı başlığı arasındaki boşluk kullanıldığında biraz daha büyük olmalı ve basınç başlığı ile kalıp arasında sinterlemeyi veya kaynaklanmayı önlemek için bir kaplama da gereklidir.
Diğer bir sınırlayıcı faktör, eser miktardaki yabancı maddelerin (SiO2 gibi) bu tür kalıplarda ciddi sürünmeye neden olmasıdır. Genellikle %0,1'lik yabancı maddeler kullanım basıncını ve sıcaklığını büyük ölçüde azaltır, bu nedenle %99 saf alümina sıcak presleme kalıpları için uygun değildir. Sıcak preslenmiş SiC kalıpları, ferrit parçaların havada veya diğer atmosferlerde sıcak preslenmesi için ticari olarak kullanılmaktadır (çünkü grafit kalıpların indirgeyici atmosferi, ferrit yapmak için kullanılamaz).
Grafit, nispeten ucuz olması, işlenmesi kolay olması ve yüksek sıcaklıkta sürünme direncinin çok iyi olması nedeniyle en yaygın kullanılan kalıp malzemesidir. Grafit 1200°C'nin altında yavaşça oksitlenir ve kısa süreliğine oksitleyici bir atmosfere yerleştirilebilir. 1200°C'nin üzerinde inert veya indirgeyici atmosferde kullanılmalıdır. Grafit, yüksek sıcaklıklarda seramik numunelerle reaksiyona girerek temas yüzeyinin aşınmasına veya numunenin kalıp duvarına yapışmasına neden olabileceğinden, reaksiyonu önlemek ve numunenin sinterleme sonrasında kalıptan çıkarılmasını kolaylaştırmak için genellikle grafit kalıp duvarı üzerine bor nitrür kaplanır.
Sıcak Presleme Sinterleme Süreci:
Sıcak presleme sinterlemesi, basınç uygulayarak yoğunlaştırma itici kuvvetini arttırmasına rağmen, sinterlenmesi zor bazı sinterleme için sinterleme yardımcılarına da ihtiyaç vardır.seramik malzemelerözellikle güçlü kovalent bağlara ve küçük kendi kendine genleşme katsayılarına sahip olanlar.
Sinterleme yardımcıları, sinterleme sıcaklık oranlarında yüksek difüzyon hızlı kanallar (tane sınırlarındaki sıvı faz gibi) sağlayabilir, böylece yoğunlaşmayı teşvik edebilir. Bununla birlikte, basınç uygulanması yoğunlaştırma itici kuvvetini arttırdığından, gereken sinterleme yardımının miktarı normal basınçlı sinterlemeye göre daha azdır.
Basınçsız sinterleme yönteminde olduğu gibi, toz parçacık boyutu ve homojenliği de sıcak presleme yoğunlaşma hızı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sıcak presleme sinterleme tozu parçacık boyutu mikron altı (<1 μm) olmalı, dar parçacık boyutu dağılımına sahip olmalı ve sert topaklanmalar olmamalıdır.
Kalıp duvarının sürtünmesi yoğunlaşma oranını azaltabilir ve eşit olmayan yoğunlaşmaya yol açabilir. Bu amaçla sürtünme aşağıdaki iki yolla azaltılabilir:
① Numune ile plaka duvarı arasındaki yüksek sıcaklık reaksiyonunu azaltın. Bor nitrür kalıbın temas yüzeyi üzerine kaplanabilir;
② Düz numuneleri (diskler veya tabakalar gibi) sıcak preslemeye çalışın. Aslında, sıcak presleme sinterlemesi yassı ürünlerin hazırlanması için en uygun yöntemdir. Sıcak presleme sinterleme sırasında uygulanan basıncın toz parçacıkları üzerindeki etkisi.
Temsili bir toz biriminin (üç tanecik gibi) şekil değişikliği, tüm toz kompaktınkine benzer. Taneler uygulanan basınç yönünde düzleşir, bu da sıcak presleme sinterlemesinin olası oluşumudur. Doku (yani tanelerin tercih edilen yönelimi veya belirli bir yönde seçici büyüme). Genellikle, sıcak preslenmiş tanelerin tercih edilen yönelimi veya seçici büyüme yönü, uygulanan basıncın yönüne diktir. Yüksek yoğunluklu numuneler elde edebilmek için uygun basınç ve sıcaklık artış sisteminin seçilmesi gerekmektedir. Genellikle kalıp ısıtılır ve kalıp boşluğundaki toz, tek eksenli basınç etkisi altında yavaş yavaş sıcak presleme sıcaklığına veya sıcak presleme sıcaklığının altına ısıtılır. Gerçek basınçlandırma sistemi farklı tozlara bağlı olarak değişiklik gösterir ve asıl amaç boşluktaki gözenekleri tamamen ortadan kaldırmaktır. Sıcak presleme sıcaklığında tutma süresi, tozun özelliklerine bağlı olarak birkaç dakikadan birkaç saate kadar değişir, genellikle 0,5~2 saattir. Sıcak presleme basıncı genellikle önceden belirlenen yoğunluğa (genellikle tam yoğunlaşma) ulaşıldığında serbest bırakılır ve sıcak presleme sinterleme sıcaklığında veya tam soğutma başladığında basınç serbest bırakılır, çünkü soğutma işlemi sırasında üründe çatlaklar görünecektir. Sıcak presleme sinterleme sıcaklığı, normal basınçlı sinterleme sıcaklığından 100 ~ 200C daha düşüktür. Geleneksel oksit malzemelerin sıcak presleme sinterleme sıcaklığı Tablo 4-5'te gösterilmektedir. Ayrıca, geleneksel yüksek sıcaklığa dayanıklı borürlerin, karbürlerin ve nitrürlerin sıcak presleme sinterleme sıcaklığı, sinterleme yardımcıları kullanıldığında genellikle 1700-1900 derecedir.
