BASINÇLI SİNTERLEME TEKNİKLERİ

Transkript

1 BASINÇLI SİNTERLEME TEKNİKLERİ

2 SICAK PRESLEME (HP)

3 SICAK PRESLEME (HP) 2000 O C>T SİNTERLEME 10-75MPa = P SİNTERLEME Grafit kalıp malzemesi 40MPa a kadar kullanılabilir. Laboratuvar ölçekli HP ile disk gibi basit şekiller üretilebilir. Endüstriyel boyutta üretim Mümkün Karmaşık şekilli parçaların üretimi için uygun olmaması maliyeti getirmektedir. M.N. Rahaman, Ceramic Processing and Sintering, Second Eddition

4 SICAK PRESLEME (HP) Presleme yönüne dik olarak yönlenmiş taneler M.N. Rahaman, Ceramic Processing and Sintering, Second Eddition

5 SICAK PRESLEME (HP) M.N. Rahaman, Ceramic Processing and Sintering, Second Eddition W.. Chen et al., Materials Letters 46 (2000)

6 SICAK İZOSTATİK PRESLEME (HIP)

7 SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME (HIP) 3 çeşit ısı taşınımı: Kondüksiyon, Konveksiyon, Radyasyon Helyum daha düşük yoğunlukta olması (uniform heat transfer by gas convection) ve yüksek ısıl iletkenliği olması argona kıyasla avantaj sağlamaktadır. Dezavantajı Maliyetidir. Mo (1600 o C), C, W (2800 o C) ısıtıcı elemanlar kullanılmaktadır. Sıcaklık dengesi termocouple ( W-Rhenium, 1700 o C) ve optik yöntemlerle sağlanır. Kobe Steel, Ltd., Advanced Products & Technologies Dept. Machinery Company, Technical Literature, 2001.

8 SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME (HIP) Kapsül yöntemi Cam yatağı yöntemi Sinter-plus HIP yöntemi

9 SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME: KAPSÜL YÖNTEMĠ DEZAVANTAJLAR i. Büyük parçaların enkapsülasyonu zor ii. Konteynır malzemesi-ürün reaksiyonu iii. Çıkarma sürecinde üründe meydana gelebilecek hasar iv. İstenen özellikler için mikroyapının kontrolünün zorluğu v. Maliyet HER ÇEġĠT MALZEMEDE YÜKSEK YOĞUNLUK ELDE EDĠLEBĠLĠR. Kobe Steel, Ltd., Advanced Products & Technologies Dept. Machinery Company, Technical Literature, 2001.

10 SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME: KAPSÜLSÜZ YÖNTEM Üründeki porlar izole por ise, HIP ile sıkıştırılarak difüzyon süreciyle yok edilebilir. Hataları ve iç hataları (porozite ve çekme farklılıkları gibi) yok etmekte kullanılmaktadır. Eskimiş parçaların yeniden üretiminde kullanılır. Kobe Steel, Ltd., Advanced Products & Technologies Dept. Machinery Company, Technical Literature, 2001.

11 SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME: SĠNTER+HIP YÖNTEMĠ SİNTER + HIP S. KOFUNE ve ark., in Proceedings of the 3 rd International Conference on Hot Isostatic Pressing, London, UK, Nov. 1986, edited by MPR Publishing Services Ltd. (1986) Vol. 1, p. 1.

12 HIP: KAPSÜL VE SĠNTER+HIP YÖNTEMLERĠ AKIM ġemasi Si 3 N 4 PARÇALARIN ÜRETİM AKIM ŞEMASI T. FUJIKAWA ve ark., in Proceedings of International Symposium on Ceramic Components for Engine, Japan, edited by Shiyeyuki Somiya, Eigo Kanai and Kenishiro Ando (KTK Scientific Publ. Tokyo, 1983) p. 425.

13 SPARK PLAZMA SİNTERLEME (SPS)

14 SPARK PLAZMA SİNTERLEME (SPS) 1960 larda keşfedildi ve patentlendirildi ve 1990 lara dek gelişme periyodu devam etti. Plasma??? (özellikle yalıtkan seramikler için). Yoğunlaşma titreşimli (pulsed) doğru akım ile hızlandırılmaktadır. Pulsed electric current sintering (PECS), electric pulse assisted consolidation (EPAC). RT-2200 o C sıcaklık 300 C/min Isıtma hızı kN presleme yükü A Akım

15 SPARK PLAZMA SİNTERLEME (SPS) BASINÇ+DC deltascientific.tradeget.com/

16 SPARK PLAZMA SİNTERLEME (SPS) 100 O C/ dk. YOĞUNLAġMA

17 SPARK PLAZMA SİNTERLEME (SPS) SĠNTERLEMEDE ; NORMAL SİNTERLEME SONRASINDA BOYUN OLUŞUMU MEKANĠZMALARI GEÇERLĠDĠR. BOYUN OLUŞUMUNUN BAŞLANGIÇ AŞAMASI BOYUN GENİŞLEMESİ PLASTİK AKIŞ BAŞLANGICI SPARK PLASMA SİNTERLEME SONRASI BOYUN OLUŞUMU

18 SPS: ISITMA HIZININ ETKİSİ Malzeme Isıtma hızı YoğunlaĢmaya Tane büyümesine Kaynak Alümina 50<HR<700 Etki yok Ters orantılı 1 MoSi 2 50<HR<700 Etki yok Etki yok 1 Alümina 0<HR<350 Etki az Etki çok 2 Alümina 350<HR<600 Ters orantılı Etki az 2 Alümina 50<HR<300 Etki yok Etki çok 3 YÜKSEK ISITMA HIZLARINDA OLUŞAN SICAKLIK GRADYANI YSZ 50<HR<300 Etki yok Etki çok 4 PSZmikronaltı PSZnanometrik --- Etki yok Ters orantılı L. A. STANCIU, V. Y. KODASH and J. R. GROZA, Metall. Mater. Trans. A 32A (2001) Z. SHEN, M. JOHNSSON, Z. ZHAO and M. NYGREN, J. Amer. Ceram. Soc. 85 (2002) Y. ZHOU, K. HIRAO, Y. YAMAUCHI and S. KANSAKI, Scripta Mater. 48 (2003) U. ANSELMI-TAMBURINI, J. E. GARAY, Z. A. MUNIR, A. TACCA, F. MAGLIA and G. SPINOLO, J. Mater. Res. 19 (2004) D. J. CHEN and M. J. MAYO, J. Amer. Ceram. Soc. 79 (1996) 906.

19 SPS:BASINCIN ETKİSİ 1. Mekanik etki, tanelerin yeniden düzenlenmesi aglomeraların kırılması 2. İç etki. Sinterleme için itici güç Basınç tarafından sağlanan iç yardım ρ: Fraksiyonel yoğunluk, B: difüzyon katsayısı ve sıcaklığı da kapsayan sbt. g: geometrik sbt. γ: yüzey enerjisi x: tane boyutuyla parametresi

20 SPS:BASINCIN ETKİSİ Kübik ZrO 2 *% 95 yoğunluk için gereken sıcaklıkların basınçla değişimi **Göreceli yoğunluk ve kristal boyutu üzerine basıncın etkisi T= 1200 o C, 5dk., 200 o C/dk. U. ANSELMI-TAMBURINI, J. E. GARAY and Z. A. MUNIR, to be submitted, 2005 **U. ANSELMI-TAMBURINI, J. E. GARAY, Z. A. MUNIR, A. TACCA, F. MAGLIA and G. SPINOLO, J. Mater. Res. 19 (2004) 3255.

21 SPS:AKIMIN ETKİSİ Sinterlemenin ilk aģamalarında tane sınırları dolaylarında malzeme taģınımı Sıvı fazın homojen dağılımı sağlanarak kütle transferi sağlanmakta Yüklü partiküllerin hareketiyle tane sınırı fazlarının viskozitesinde azalma sonucu tane sınırı kayması ve deformasyona bağlı yoğunluk artıģı HONG PENG,Spark Plasma Sintering of Si 3 N 4 -Based Ceramics -Sintering mechanism-tailoring microstructure-evaluating properties, 2004

22 GAZ BASINÇLI SİNTERLEME (GPS)

23 GAZ BASINÇLI SĠNTERLEME (GPS) Ar/N bar max O C max. 50L hazne hacmi

24 GAZ BASINÇLI SĠNTERLEME (GPS) GRAFĠT ISITICI ELEMENT TAġIYICI PLAKA BN/SiC/Si 3 N 4 POTA YALITIM BATTANĠYELERĠ NUMUNE Si 3 N 4 SiC Al 2 O 3 vb.

25 GAZ BASINÇLI SĠNTERLEME (GPS) T P Sinterleme sıcaklığı Ön sinterleme sıcaklığı o C/ 2-5 bar Step I o C/ bar Step II Sinterleme basıncı Ön sinterleme basıncı 95% TD. SiAlON 99,9% TD. SiAlON İzole olmuş porların basıncın etkisiyle yok edilmesi

26 GAZ BASINÇLI SĠNTERLEME (GPS) AVANTAJLARI DEZAVANTAJLARI % 100 TD. Malzeme üretimi mümkün. Mikroyapı ve özelliklerin kontrolü kolay Geniş çaplı üretim için en uygun yöntem Karmaşık şekillerin üretimi mümkün Net-shape parçaların üretimi mümkün (maliyet düşüşü) Sinterleme zamanı uzun, ~10-12 saat Yüksek basınçlarda atmosfere bağlı olarak malzemede deformasyonlar Yüksek miktarda ikincil faz içeren kompozitlerin üretimine uygun değil Sinterleme ilaveleri HIP ve HP e kıyasla daha fazla

27