Τι είναι η πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης;
Πολλά συστήματα πυροσυσσωμάτωσης παράγουν μια υγρή φάση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης. Τυπικά, τα προστιθέμενα στοιχεία ή ενώσεις δεν αντιδρούν ούτε διαλύονται στη μήτρα και μπορεί ακόμη και να γίνουν υγρά κατά τη σύντηξη. Δεν βρέχουν το υλικό της μήτρας, όπως ο μόλυβδος σε μπρούτζο ή το MnS σε ανοξείδωτο χάλυβα. Αυτή η υγρή φάση δεν προάγει ούτε επηρεάζει τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης. Αντίθετα, υπάρχει στη μήτρα ως σταγονίδια και ολόκληρο το σύστημα συντήκεται μέσω διάχυσης στερεάς-κατάστασης.
Επιπλέον, όταν υπάρχει μια υγρή φάση με περιορισμένη αντίδραση στη μήτρα και η οποία διαβρέχει το υλικό της μήτρας, ο υπερβολικός σχηματισμός αυτής της υγρής φάσης μπορεί να οδηγήσει σε τοπική κατάρρευση του πλαισίου επειδή ο ρυθμός ατομικής διάχυσης της υγρής φάσης είναι πολύ ταχύτερος από εκείνον της στερεάς φάσης. Επομένως, ο έλεγχος της περιεκτικότητας σε υγρή φάση είναι επωφελής για τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, καθώς ο ταχύτερος ρυθμός μεταφοράς μάζας οδηγεί σε ταχεία συμπύκνωση των εξαρτημάτων. Η υγρή φάση μπορεί να υπάρχει σε δύο μορφές: η μία είναι όταν η υγρή φάση είναι παρούσα σε ολόκληρο το συγκρότημα πυροσυσσωμάτωσης, που ονομάζεται συνεχής υγρή φάση. Το άλλο είναι όταν η υγρή φάση στερεοποιείται κατά τη διάρκεια της συγκράτησης πυροσυσσωμάτωσης, που ονομάζεται παροδική υγρή φάση.
Η συνεχής πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης χωρίζεται σε δύο τύπους: ο πρώτος τύπος περιλαμβάνει τη θέρμανση μιας μικτής σκόνης για να σχηματιστεί ένα υγρό. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα βαριά κράματα, όπως τα κράματα W-Fe-Ni, τα οποία θερμαίνονται για να σχηματίσουν υγρό Fe-Ni, όπου το W έχει περιορισμένη διαλυτότητα. ή WC-κράματα Co, όπου το Co διαλύει λίγο WC για να σχηματίσει ευτηκτική, αλλά το WC διαλύει μόνο μια πολύ μικρή ποσότητα Co. Το σχήμα 7.9 δείχνει μια μικρογραφία ενός κράματος 90W-7Ni-3Fe, το οποίο αποκαλύπτει σφαιρικούς κόκκους βολφραμίου στο Ni. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, το Fe-Ni λιώνει σε υγρή φάση και διαλύει το βολφράμιο, οδηγώντας σε σφαιροποίηση των σωματιδίων βολφραμίου. Η περίσσεια του βολφραμίου που υπερβαίνει το όριο διαλυτότητάς του καθιζάνει στο υγρό, χαρακτηριστικό παράδειγμα διάλυσης-επανακαθίζησης κατά τη σύντηξη υγρής φάσης.
(Η παρουσία κυκλικών κόκκων βολφραμίου στη μήτρα κράματος Ni-Fe-W είναι τυπικό παράδειγμα διάλυσης-επανακαθίζησης κατά τη φάση πυροσυσσωμάτωσης.)
Ο δεύτερος τύπος είναι η υπερστερεά-συντήξη γραμμικής υγρής φάσης (SLPS). Όταν η προ{2}}κραματοποιημένη σκόνη θερμαίνεται πάνω από τη γραμμή στερεού, τα όρια των κόκκων στην επιφάνεια και στο εσωτερικό των σωματιδίων τήκονται, δημιουργώντας μια μικρή ποσότητα υγρής φάσης, η οποία οδηγεί σε πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης υπερστερεάς-γραμμής. Η δημιουργία αυτής της υγρής φάσης διευκολύνει την ταχεία πύκνωση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα χρήσης SLPS είναι ο χάλυβας εργαλείων τύπου M2. Το σχήμα 7.10 δείχνει μια τυπική πυροσυσσωματωμένη μικροδομή από χάλυβα εργαλείων τύπου M2. Το σχήμα δείχνει μικρά σωματίδια φάσης καρβιδίου στη μήτρα και μεγαλύτερη ποσότητα φάσης καρβιδίου κατά μήκος ορισμένων ορίων κόκκων.
(Υπάρχει μια μικρή ποσότητα καρβιδικής φάσης μέσα στους κόκκους και μια μεγάλη ποσότητα φάσης καρβιδίου σε ορισμένα όρια κόκκων.)
Υπάρχουν δύο τύποι πυροσυσσωμάτωσης παροδικής υγρής φάσης: ο πρώτος είναι η πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης, η οποία συμβαίνει όταν το στοιχείο Α και το στοιχείο Β σχηματίζουν μια ένωση, απελευθερώνοντας θερμότητα και δημιουργώντας την ένωση ΑΒ. Το NiAl είναι ένα τέτοιο παράδειγμα. Το δεύτερο είναι όταν η παροδική υγρή φάση εξαφανίζεται λόγω της διάχυσης ενός συγκεκριμένου στοιχείου για να σχηματιστεί ένα στερεό διάλυμα. Για παράδειγμα, ο άνθρακας σχηματίζει ευτηκτική με το σίδηρο και το χρώμιο. Όταν ο άνθρακας διαχέεται στη μήτρα, σχηματίζει ένα στερεό διάλυμα και η υγρή φάση στερεοποιείται.