Sinterleme Nedir ?

Tozlar, farklı gerilmeler altında sıvılar gibi davranır ve şekillendirilebilir. Bundan dolayı tozların şekillendirilmesiyle otomotiv biyel kolları ve rot bağlantıları gibi parçalar kolaylıkla üretilebilir. Tozlar; kalıpta şekillendirme, serbest döküm, şerit döküm, ekstrüzyon, izostatik presleme gibi farklı şekillendirme yöntemleriyle şekillendirilebilir ancak sinterleme yapılmaksızın şekillendirilen parçanın istenilen mukavemet değerlerine ulaşması güçtür. Sinterleme koşullarına bağlı olarak, parçacıklar arasında bağlar oluşur ve meydana gelen bu bağlar parçacıklara mukavemet kazandırır.

Sinterlenmiş ilk ürünler, açık ocaklarda pişirilmiş ve mukavemet kazandırılmış tuğlalardır. Bugün bile sinterleme; beyaz seramik eşyalar, refrakterler, tuğlalar, porselenler, aşındırıcılar ve inşaat malzemelerinin üretiminde kullanılan birincil üretim şeklidir.

İlk ve temel sinterleme modelleri 1930 ve 1940’lı yıllarda yapılmış olup Frenkel ve Kuczynski tarafından ilk nicel modeller 1940’ların sonunda yayınlanmıştır. Günümüzde birçok sinterleme çevrimi, parçacıklar arası bağ teorileri ve bunların modelleri mevcuttur. Ülkemizde ise bu konuda yapılan ilk araştırmalar 1960’lı yıllarda farklı üniversitelerde başlamış, sonrasında ise ilk endüstriyel uygulamalarla birlikte bu çalışmalar hız kazanmıştır.

Tipik sinterleme işlemlerinde parçacıklar yüksek sıcaklıklara çıkartıldıkça aralarında bağlar oluşur. Bu işlemler yaklaşık olarak ergime malzemenin ergime sıcaklığının yarısının biraz üzerinde gerçekleştirilir. Metaller geniş bir sıcaklık aralığında ergir ve sinterleme geniş bir sıcaklık aralığı boyunca yapılır. Kullanılan parçacıklar genellikle 1 mm’den daha küçüktür ve küre, küp, fiber, pul, disk veya kar taneleri şeklinde olabilir. Parçacıkların şekilleri tozların akışını ve paketlenebilirliğini doğrudan etkiler. Küçük parçacık boyutlarında yüzey alanı ve nispeten yüzey kuvvetleri fazladır.

Düşük sıcaklıklardaki sinterleme işlemlerinde, parçacık yüzey alanının azaltılması ile yüzey enerjisi düşer ve parçacıklar arası bağlanma oluşur. Oluşan bağ farklı atomik seviyedeki taşınım mekanizmalarıyla gerçekleşir. Bazı metal ve seramiklerin sinterlenmesinde katı hal difüzyonu aktif haldedir, bazılarında ise parçacıkların ergimesiyle sıvı faz sinterleme mekanizması aktif hale gelir ve bunun sonucunda katı-sıvı karışımı oluşur. Oluşan sıvı faz, bağları kuvvetlendirir; kılcal kuvvetleri daha aktif hale getirir ve genellikle kütle taşınım mekanizmalarını hızlandırarak katı hal sinterlemesine nazaran daha gelişmiş yapılar oluşturur.

Sinterleme esnasında parçacıklar arası bağların oluşumu ve yapı içerisindeki gözeneklerin değişimi birbiriyle doğrudan ilişkilidir. Ayrıca mukavemet, süneklik, iletkenlik, manyetik geçirgenlik ve korozyon direnci gibi birçok özellik sinterleme esnasında çarpıcı bir biçimde değişir. Bu özelliklerdeki değişiklikleri anlamak için mikro yapısal değişikliklerin iyi belirlenmesi gerekir.

Birçok durumda sinterleme sırasındaki parça yoğunluklarının artması ile boyutsal çekme de artar. Parçacıklar arası bağlar büyürken yapı içerisindeki gözenek miktarı giderek azalır ve ortadan kalkar. Bu, seramik malzemeler için oldukça önemlidir.

 

 

Selin Nur TUKELMAN

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Marmara Üniversitesi

 

 

Kaynak:  Randall M. German, Sinterleme Teorisi ve Uygulamaları, Nobel Yayınevi, Ocak 2014.

0

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir