Katı hal sinterlemesi
Saf kristalli malzemelerin toz parçacıkları, bir atmosferde sıkıştırıldığında ve ısıtıldığında, genellikle bir sıvı faz oluşumu olmadan kendiliğinden birleşmektedir. Tozun ergime sıcaklıklarının altındaki bir sıcaklıkta katı faz sinterlemesi meydana gelmektedir. Bu nedenle toz ergimez ve sıvı faz oluşumu gözlemlenmez. Katı fazda yoğunlaşma işlemi kütle taşınımı prosesi ile eelde edilmektedir. Burada kullanılan ana mekanizma termal enerji yardımı ile gerçekleşen atomik difüzyondur. Tanelerin yüzey serbest enerjisi ve boyun bölgelerinin enerjileri arasındaki fark bu mekanizmanın itici gücüdür.
Aşırı difüzyon gerçekleşirse çok hızlı tane büyümesi meydana gelir, bundan dolayı gözenek sıkılaşması oluşmaktadır.
Katı hal sinterleme aşamaları Şekil 1’de gösterilen adhezyon, başlangıç aşaması, orta ve son aşamadır.
Kütle akışı, kütle taşıma mekanizmalarıyla belirlenir. İki tür taşıma mekanizması vardır bunlar yüzey taşıma ve kütle taşıması olarak adlandırılmaktadır. Bu taşımalar atomik taşıma mekanizmalarından oluşur. Bu durum Şekil 2’de gösterilmiştir. Yüzey taşınımı için, (E-C) buharlaşma yoğunlaşmasını, (SD) yüzey difüzyonunu, (VD) hacim taşıması için hacim difüzyonunu, (GB) tane sınırı difüzyonunu, (PF) plastik akışı ve (VD) hacim difüzyonunu ifade etmektedir.


Yüzey taşıma yöntemi, büzülmeden veya artan yoğunluğa sahip boyun büyüme bölgesinden oluşmaktadır. Yüzey difüzyonu (SD) ve buharlaşma yoğunlaşması (E-C), yüzey taşıma sinterlemesinde ki iki önemli parametredir. Birçok malzemede düşük sıcaklıkta sinterlemede yüzey difüzyonu baskındır. Hacim taşıma sinterlemesi büzülmeye neden olur. Taşınan kütle tane sınırından veya taneler arasından gelmektedir ve bu kütle gözeneklilik yüzeyine yerleştirilir. Hacim taşınım mekanizmaları, hacim difüzyonu (VD), tane sınırı difüzyonu (GB) ve plastik akıştan (PF) oluşur. Özellikle plastik akış, preslenmiş tozlarda çok önemlidir. Bununla birlikte, toz maksimum sıcaklığa ulaştığında plastik akışı önemini yitirir. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda hacim taşıma mekanizması baskındır.
Sıvı faz sinterlemesi
Sıvı faz sinterlenmesi yönteminde, karışımlardan bir veya daha çok bileşeninde ergime sıcaklıklarının üzerinde sinterleme gerçekleşmektedir. Bu yöntemde kullanılan fazlardan bir ya da daha fazla bileşen sıvı formdadır. Sıvı faz sinterlmesinin meydana gelmesi için kullanılan tozlara ait ergime sıcaklıklarının birbirinden farklı olması gerekmektedir. Yüksek sıcaklıkta bir sıvı fazın varlığı, katı parçacıkların birbirine yapışmasını sağlar ve yüksek kapiler etki ile basınç meydana gelmektedir. Böylece partiküllere iç basınç uygulanarak bir arada tutulması sağlanmaktadır. Kapiler basınç arttıkça sinterleme işlemi kolaylaşmaktadır.
Sıvı faz sinterlemesinde yoğuşmaya göre yeniden kristalleşme meydana gelir ve çözelti çökmektedir. Bunun sonucunda yoğunlaşma meydana gelmektedir. Bu yönteme ait avantajlar incelendiğinde; kapiler basıncı artırarak sinterlemeyi kolaylaştırmak ve böylece daha hızlı sinterleme sağlanmaktadır. Ayrıca sıvı faz sinterlemesi ile homojen bir yoğunlaşma elde edilir ve partiküllerin yeniden kristalleşme süresi hızlanır. Ancak, sıcaklık çok yüksek olduğu zaman, aşırı tane büyümesi meydana gelmekte ve bileşenler deforme olmaktadır.
Sıvı faz sinterleme işlemi, yüksek sıcaklık aşamasında hızlı bir yoğunluk artışı ve tane büyümesine neden olmaktadır. Başlangıçta elde edilen sıvı faz katı parçacıkları ıslatır ve parçacıklara kapilar kuvvet uygulamaktadır. Bu kuvvetler sayesinde parçacıklar tekrar düzenlenerek yoğunluğun artmasını sağlamaktadır. Yoğunluk artışı sıvı fazın miktarına, parçacık boyutuna ve sıvı fazdaki çözünen parçacıklara bağlıdır. Sıvı faz akışı ile yavaşlayan yoğunlaşma hızına karşın belirli bir aşamadan sonra çözünürlük ve difüzyon daha baskın hale gelir ve çözünme ile yeniden çökeltme aşaması başlar. Bu aşamada, Ostwald olgunlaşması yoğunlaştırmaya ve tane büyümesine yardımcı olur ve tane şekli oluşumu ile difüzyon kontrol mekanizması meydana gelmektedir. Sıvı faz sinterlemesinin yoğunlaştırma aşamaları Şekil 3’te verilmiştir.
