Was ist Flüssigphasensintern?
Viele Sinteranlagen erzeugen während des Sinterprozesses eine flüssige Phase. Typischerweise reagieren die hinzugefügten Elemente oder Verbindungen nicht mit der Matrix oder lösen sich darin auf und können beim Sintern sogar flüssig werden. Sie benetzen das Matrixmaterial, wie z. B. Blei in Bronze oder MnS in Edelstahl, nicht. Diese flüssige Phase fördert oder beeinflusst den Sinterprozess nicht; Stattdessen liegt es in Form von Tröpfchen in der Matrix vor und das gesamte System wird durch Festkörperdiffusion gesintert.
Wenn außerdem eine flüssige Phase mit begrenzter Reaktion auf die Matrix vorhanden ist, die das Matrixmaterial benetzt, kann eine übermäßige Bildung dieser flüssigen Phase zum lokalen Zusammenbruch des Gerüsts führen, da die atomare Diffusionsrate der flüssigen Phase viel schneller ist als die der festen Phase. Daher ist die Kontrolle des Flüssigphasengehalts für den Sinterprozess von Vorteil, da die schnellere Stoffübertragungsrate zu einer schnellen Verdichtung der Teile führt. Die flüssige Phase kann in zwei Formen vorliegen: Zum einen ist die flüssige Phase während des gesamten Sinterraums vorhanden, was als kontinuierliche flüssige Phase bezeichnet wird; Die andere Möglichkeit besteht darin, dass sich die flüssige Phase während des Sinterns verfestigt, was als transiente flüssige Phase bezeichnet wird.
Das kontinuierliche Sintern in flüssiger Phase wird in zwei Arten unterteilt: Bei der ersten Art wird ein gemischtes Pulver erhitzt, um eine Flüssigkeit zu bilden. Ein typisches Beispiel sind schwere Legierungen wie W-Fe-Ni-Legierungen, die erhitzt werden, um flüssiges Fe-Ni zu bilden, in dem W eine begrenzte Löslichkeit aufweist; oder WC-Co-Legierungen, bei denen Co etwas WC auflöst, um ein Eutektikum zu bilden, WC jedoch nur eine sehr kleine Menge Co auflöst. Abbildung 7.9 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer 90W-7Ni-3Fe-Legierung, die kugelförmige Wolframkörner in der Ni-Fe-W-Legierungsmatrix zeigt. Beim Sintern schmilzt Fe-Ni in eine flüssige Phase und löst Wolfram auf, was zur Sphäroidisierung der Wolframpartikel führt. Überschüssiges Wolfram, das seine Löslichkeitsgrenze überschreitet, fällt in der Flüssigkeit aus, ein typisches Beispiel für Auflösungs-Umfällung beim Sintern in der flüssigen Phase.
(Das Vorhandensein kreisförmiger Wolframkörner in der Ni-Fe-W-Legierungsmatrix ist ein typisches Beispiel für die Auflösung-Umfällung während der Phasensinterung.)
Der zweite Typ ist Supersolid-Line Liquid Phase Sintering (SLPS). Wenn vorlegiertes Pulver über die Soliduslinie erhitzt wird, schmelzen die Korngrenzen an der Oberfläche und im Inneren der Partikel, wodurch eine kleine Menge flüssiger Phase entsteht, was zu einer superfesten -Linien-Flüssigphasensinterung führt. Die Erzeugung dieser flüssigen Phase erleichtert eine schnelle Verdichtung. Ein typisches Beispiel für die Verwendung von SLPS ist Werkzeugstahl vom Typ M2. Abbildung 7.10 zeigt eine typische gesinterte Mikrostruktur von Werkzeugstahl vom Typ M2. Die Abbildung zeigt kleine Karbidphasenpartikel in der Matrix und eine größere Menge Karbidphase entlang bestimmter Korngrenzen.
(Im Inneren der Körner befindet sich eine kleine Menge Karbidphase und an einigen Korngrenzen eine große Menge Karbidphase.)
Es gibt zwei Arten des transienten Flüssigphasensinterns: Die erste ist das Reaktionssintern, das auftritt, wenn Element A und Element B eine Verbindung bilden, dabei Wärme freisetzen und Verbindung AB erzeugt. NiAl ist ein solches Beispiel. Der zweite Fall tritt auf, wenn die vorübergehende flüssige Phase aufgrund der Diffusion eines bestimmten Elements unter Bildung einer festen Lösung verschwindet. Beispielsweise bildet Kohlenstoff mit Eisen und Chrom ein Eutektikum. Wenn Kohlenstoff in die Matrix diffundiert, bildet er eine feste Lösung und die flüssige Phase verfestigt sich.