Sintering pengepresan panas (HP) adalah metode sintering bertekanan mekanis. Cara ini adalah dengan menempatkankeramikbubuk dalam rongga cetakan dan panaskan bubuk sampai suhu sintering sambil memberi tekanan. Karena gaya penggerak ditambah dengan tekanan eksternal, densifikasi dapat dicapai dalam waktu yang relatif singkat, dan struktur mikro dengan butiran halus dan seragam dapat diperoleh. Oleh karena itu, untuk bahan keramik suhu tinggi (seperti Si3N4, B, C, SiC, TiB2, ZrB2) yang sulit disinter dengan ikatan kovalen, sintering pengepresan panas merupakan teknologi pemadatan yang efektif. Sintering pengepresan panas dapat memperoleh produk keramik dengan kepadatan mendekati kepadatan teoritis pada suhu yang sedikit lebih rendah yaitu 100℃~200℃ di bawah suhu sintering tekanan normal; sintering pengepresan panas juga dapat meningkatkan kinerja produk, seperti transparansi, konduktivitas, sifat mekanik, dan keandalan penggunaan.
Namun, sintering pengepresan panas biasanya hanya dapat menghasilkan produk dengan satu bentuk, dan dalam banyak kasus, pasca-pemrosesan akan sangat meningkatkan biaya produksi. Namun demikian, setelah lebih dari 40 tahun pengembangan, sintering pengepresan panas telah berkembang dari penelitian laboratorium sederhana menjadi penerapan industri yang luas dan telah menjadi proses sintering yang matang dan penting.
Tungku pengepres panas dan bahan cetakan:
Bubuk atau blanko yang sudah dibentuk sebelumnya biasanya ditempatkan di dalam cetakan, dipanaskan dan ditekan secara bersamaan. Tergantung pada aplikasinya, suhu kerja bisa mencapai 2500C, dan tekanan kerja biasanya 10~75 MPa. Dalam sintering pengepresan panas, tekanan maksimum yang dapat diberikan dibatasi oleh kekuatan cetakan. Untuk cetakan grafit yang umum digunakan, tekanan umumnya bisa mencapai 40 MPa.
Menggunakan cetakan grafit khusus atau cetakan logam suhu tinggi yang lebih mahal (seperti paduan Nimonic) atau keramik suhu tinggi (seperti Al2O3, SiC), tekanan dapat ditingkatkan hingga 75MPa. Untuk bahan cetakan seperti Al2O3 dan SiC, karena keterbatasan teknologi penyiapan dan biaya, hanya dapat digunakan untuk membuat cetakan berukuran kecil (misalnya diameter 5cm); jarak antara cetakan dan kepala penekan harus sedikit lebih besar saat menggunakannya, dan lapisan juga diperlukan untuk mencegah sintering atau pengelasan antara kepala penekan dan cetakan.
Faktor pembatas lainnya adalah bahwa pengotor (seperti SiO2) akan menyebabkan creep yang parah pada cetakan tersebut. Biasanya pengotor 0,1% akan sangat mengurangi tekanan dan suhu penggunaan, sehingga alumina murni 99% tidak cocok untuk cetakan pengepresan panas. Cetakan SiC yang dipres panas telah digunakan secara komersial untuk pengepresan panas bagian ferit di udara atau atmosfer lainnya (karena atmosfer pereduksi cetakan grafit tidak dapat digunakan untuk membuat ferit).
Grafit merupakan bahan cetakan yang paling umum digunakan karena relatif murah, mudah diproses, dan memiliki ketahanan mulur suhu tinggi yang sangat baik. Grafit teroksidasi perlahan di bawah 1200°C dan dapat ditempatkan dalam atmosfer pengoksidasi untuk waktu yang singkat. Di atas 1200°C, harus digunakan dalam atmosfer yang lembam atau mereduksi. Karena grafit dapat bereaksi dengan sampel keramik pada suhu tinggi, menyebabkan erosi pada permukaan kontak atau sampel menempel pada dinding cetakan, boron nitrida biasanya dilapisi pada dinding cetakan grafit untuk menghindari reaksi dan memfasilitasi pembongkaran sampel setelah sintering.
Proses Sintering Pengepresan Panas:
Meskipun sintering pengepresan panas meningkatkan gaya penggerak densifikasi dengan memberikan tekanan, bantuan sintering juga diperlukan untuk beberapa sintering yang sulit disinter.bahan keramik, terutama yang memiliki ikatan kovalen kuat dan koefisien ekspansi diri yang kecil.
Alat bantu sintering dapat menyediakan saluran dengan laju difusi tinggi (seperti fase cair pada batas butir) pada rasio suhu sintering, sehingga mendorong pemadatan. Namun, karena penerapan tekanan meningkatkan gaya penggerak densifikasi, jumlah bantuan sintering yang dibutuhkan lebih sedikit dibandingkan dengan sintering tekanan normal.
Seperti halnya metode sintering tanpa tekanan, ukuran dan keseragaman partikel bubuk juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap laju pemadatan pengepresan panas. Ukuran partikel bubuk sintering pengepres panas harus submikron (<1 μm), dengan distribusi ukuran partikel yang sempit dan tidak ada gumpalan keras.
Gesekan pada dinding cetakan dapat menurunkan laju pemadatan dan menyebabkan pemadatan yang tidak merata. Untuk itu, gesekan dapat dikurangi dengan dua cara berikut:
① Kurangi reaksi suhu tinggi antara sampel dan dinding pelat. Boron nitrida dapat dilapisi pada permukaan kontak cetakan;
② Cobalah untuk menekan sampel datar dengan panas (seperti cakram atau lembaran). Faktanya, sintering pengepresan panas paling cocok untuk menyiapkan produk datar. Pengaruh tekanan yang diterapkan pada partikel bubuk selama sintering pengepresan panas.
Perubahan bentuk unit bedak yang representatif (seperti tiga butir) serupa dengan perubahan bentuk seluruh bedak padat. Butir menjadi rata searah dengan tekanan yang diberikan, yang juga merupakan kemungkinan pembentukan sintering pengepresan panas. Tekstur (yaitu, orientasi butir yang disukai atau pertumbuhan selektif dalam arah tertentu). Biasanya, orientasi yang disukai atau arah pertumbuhan selektif butiran yang dipres panas adalah tegak lurus terhadap arah tekanan yang diberikan. Untuk mendapatkan sampel dengan kepadatan tinggi, perlu untuk memilih sistem kenaikan tekanan dan suhu yang sesuai. Umumnya, cetakan dipanaskan, dan bubuk di dalam rongga cetakan secara bertahap dipanaskan hingga suhu pengepresan panas atau di bawah suhu pengepresan panas di bawah pengaruh tekanan uniaksial. Sistem tekanan sebenarnya bervariasi tergantung pada bubuk yang berbeda, dan tujuan utamanya adalah untuk menghilangkan pori-pori pada blanko sepenuhnya. Waktu penahanan pada suhu pengepresan panas bervariasi tergantung pada karakteristik bubuk, mulai dari beberapa menit hingga beberapa jam, umumnya 0,5~2 jam. Tekanan pengepresan panas umumnya dilepaskan ketika kepadatan yang telah ditentukan (biasanya pemadatan sempurna) tercapai, dan tekanan dilepaskan pada suhu sintering pengepresan panas atau tepat pada saat pendinginan dimulai, karena akan muncul retakan pada produk selama proses pendinginan. Suhu sintering pengepresan panas 100~200C lebih rendah dari suhu sintering tekanan normal. Suhu sintering pengepresan panas bahan oksida konvensional ditunjukkan pada Tabel 4-5. Selain itu, suhu sintering pengepresan panas dari borida, karbida, dan nitrida tahan suhu tinggi konvensional umumnya 1700-1900 derajat ketika alat bantu sintering digunakan.
