تف جوشی یا زینترینگ و مکانیزم های آن

زینترینگ چیست؟

تف جوشی یکی از روش‌های شکل‌دهی مواد فلزی و سرامیکی است. تف‌جوشی چسباندن یا چسبیدن ذرات یک یا چند ماده به یکدیگر از طریق ذوب سطحی براثر حرارت، همراه با فشار یا بدون آن، به‌طوری‌که به صورت یک توده جامد (solid mass) درآیند. تف جوشی دانه ها از طریق حرکت های اتمی که بر انرژی سطحی دانه های پودر فائق می شوند انجام می شود. انرژی سطحی بر واحد حجم به عکس قطر دانه ها بستگی دارد، و معمولاٌ با استفاده از مساحت رویه برآورد می شود. بنابراین دانه های کوچکتر که مساحت رویه ی ویژه شان بزرگتر است، انرژی بیشتری دارند و سریع تر تفجوشی می شوند.

البته همه ی انرژی سطحی برای تفجوشی در دسترس قرار نمی گیرد. در یک جامد بلوری تقریباٌ هر تماس بین دانه ای یک مرزدانه به وجود می آورد که با نوعی انرژی مرزدانه ای همراه است. مرزدانه ها، که در جابجایی اتمی بسیار حائز اهمیت اند، منطقه های نقص داری هستند که تحرک اتمی در آن ها زیاد است.

مکانیزم های تف جوشی :

سازوکارهای تف جوشی مسیرهای حرکت اتمی را که موجد جریان جرم اند توصیف و بررسی می کنند. برای پودرهای فلزی این سازوکارها معمولاٌ فرآیندهای نفوذی در روی سطح، در امتداد مرزدانه ها یا از درون شبکه ی بلوری اند. مراحل تف جوشی یک پیشروی هندسی را دنبال می کنند و به نیروی محرک و سینتیک مرتبطند. تغییرات ساختاری مربوط به رشد گلویی در خلال تف جوشی به سازوکارهای انتقال بستگی دارد که عمدتاٌ فرآیندهای نفوذی اند.

نفوذ یک پدیده ی فعال شونده با گرماست، بدین معنی که حرکت های اتمی به انرژی ویژه نیاز دارند. حرکت اتم بستگی به این دارد که انرژی ای برابر یا بیش تر از انرژی فعال کننده کسب کند تا بتواند از وضعیت موجودش به یک مکان خالی ( تهی جا) جا به جا شود. تعدد ( جمعیت) جاهای خالی اتمی و تعداد اتم های دارای انرژی کافی برای جا به جایی به این مکان های خالی بر حسب رابطه ی آرنیوس تغییر می کند.

فاکتورهای مؤثر در تفجوشی فاز جامد

عوامل مؤثر بر زینترینگ در فاز جامد عبارتند از:

• دما: عامل اصلی انجام فرآیند تفجوشی دماست، بالا رفتن دما موجب تسریع فرآیندهای نفوذی می گردد. اما از طرف دیگر هزینه تولید را نیز بالا تر خواهد برد. میزان فشردگی نمونه خام و همچنین مقدار و نحوه توزیع حفرات، در انتخاب بهترین دمای تفجوشی تأثیر بسزایی دارد.
• زمان : زمان زینترینگ در ساختار نهایی تأثیر شدیدی دارد. کوتاه کردن زمان تفجوشی در یک حد بهینه علاوه بر پایین آوردن هزینه های تولید، همانطور که در قسمت قبل نیز توضیح داده شد، از رشد دانه جلوگیری می کند و مانع از جدا شدن حفرات از مرزدانه ها می شود .
• دانسیته خام : هرچه دانسیته خام قطعات اولیه بالاتر باشد، تفجوشی نیز در دما و زمان کمتری منجر به ایجاد قطعاتی با بهترین دانسیته نهایی می گردد. بطور کلی روش تولید در رسیدن به یک دانسیته بسیار مؤثر  خام بالا است.
• همگنی ساختار خام اولیه : هرچه حفرات موجود در سیستم و همچنین افزودنی هایی که به عنوان کمک سینتر به سیستم افزوده می شوند بصورت یکنواخت تر در ساختار پراکنده شوند، نتایج بهتری حاصل خواهد شد. حضور اگلومره ها می تواند یکنواختی سیستم را به شدت تحت تأثیر قرار داده و موجب بجا ماندن حفرات درشت در ساختار گردد .
• اتمسفر تفجوشی: اتمسفر تفجوشی را از دو جنبه فشار و ترکیب می توان مورد بررسی قرار داد. انتخاب مناسب اتمسفر کوره عالوه بر اینکه از انجام واکنشهای شیمیایی نامطلوب جلوگیری می کند و در بعضی موارد موجب خروج بعضی ناخالصیها از سیستم می شود، می تواند از لحاظ فشاری نیز فرآیند تبخیر و چگالش را درحین تفجوشی تحت تأثیرمثبت قرار داده و موجب بهبود خواص قطعه نهایی گردد. اما اتمسفرهای شامل گازهای غیر قابل حل نظیر نیتروژن )یا هوا(، آرگون و یا هلیوم می تواند با ایجاد فشار داخلی در حفرات و بالا بردن فشار درونی، از نیروی محرکه انقباض آن کاسته موجب عدم توانایی در رسیدن به دانسیته های بالا شود.
• ناخالصی : درصد مناسب ناخالصی جهت جلوگیری از رشد دانه و همچنین جدایش حفرات از مرزدانه ها می تواند سودمند باشد. بسیاری از ناخالصی ها از درشت شدن حفرات نیز در مرحله آخر جلوگیری می نمایند.

نحوه انجام زینترینگ

از نظر اعمال یا عدم اعمال نیرو به یک قطعه جهت تولید قطعاتی با دانسیته بالا می توان روش های تفجوشی را به دو نوع تقسیم نمود :

1- تفجوشی بدون فشار

در این روش که بسیار ارزان قیمت نیز می باشد، هیچگونه فشار مکانیکی در حین تفجوشی به نمونه اعمال نمی شود. در این حالت نیروی محرکه جهت کاهش حفرات تنها همان کاهش انرژی سطحی است.

2- تفجوشی تحت فشار

در این حالت در حین زینتر کردن به نمونه فشاری اعمال می شود، تا فشار اعمالی نیز بعنوان نیرو محرکه، فرآیند چگالش را بهبود بخشد . امروزه روشهای غیر مرسومی نظیرتفجوشی بکمک امواج مایکروویو تفجوشی به کمک جرقه پلاسمایی نیز وارد عرصه تفجوشی شده اند.