焼結は、強度と完全性を付与するために粉末成形体に適用される熱処理です。焼結に使用される温度は、粉末冶金材料の主成分の融点未満です。

圧縮後、隣接する粉末粒子は冷間圧接によって一緒に保持されます。これにより、成形体に十分な「グリーン強度」が与えられます。焼結温度では、拡散プロセスにより、これらの接触点でネックが形成および成長します。

この「固相焼結」メカニズムが発生する前に、次の 2 つの前駆体が必要です。
1.蒸気の蒸発と燃焼によるプレス潤滑剤の除去
2.成形体中の粉末粒子からの表面酸化物の低減。

これらのステップと焼結プロセス自体は、一般に、炉内雰囲気の賢明な選択とゾーニングによって、また炉全体で適切な温度プロファイルを使用することによって、単一の連続炉で達成されます。

焼結硬化

冷却ゾーンで加速冷却速度を適用できる焼結炉が利用可能であり、これらの冷却速度でマルテンサイト微細構造に変換できる材料グレードが開発されています。このプロセスは、その後の焼き戻し処理とともに、焼結硬化として知られており、近年出現したプロセスは、焼結強度を高める主要な手段を持っています。

過渡液相焼結

鉄粉末粒子のみを含む成形体では、固相焼結プロセスにより、焼結ネックが成長するにつれて成形体の収縮がいくらか発生する。ただし、鉄系 PM 材料の一般的な方法は、微細な銅粉末を追加して、焼結中に一時的な液相を作成することです。

焼結温度では、銅が溶けて鉄粉粒子に拡散し、膨潤が生じます。銅含有量を慎重に選択することにより、この膨張と鉄粉骨格の自然な収縮のバランスを取り、焼結中に寸法がまったく変化しない材料を提供することができます。銅の添加は、有用な固溶体強化効果も提供します。

永久液相焼結

超硬合金や超硬合金などの特定の材料では、永久液相の生成を伴う焼結メカニズムが適用されます。このタイプの液相焼結では、粉末への添加剤の使用が必要になります。添加剤は、マトリックス相の前に溶融し、いわゆるバインダー相を形成することがよくあります。このプロセスには次の 3 つの段階があります。

再配置
液体が溶けると、毛細管現象によって液体が細孔に引き込まれ、粒子がより好ましい充填配置に再配置されます。

溶液沈殿
毛細管圧が高い領域では、原子は優先的に溶液に入り、粒子が近接または接触していない化学ポテンシャルの低い領域に沈殿します。これは接触平坦化と呼ばれ、固相焼結における粒界拡散と同様の方法でシステムを緻密化します。オストワルド熟成は、小さな粒子が優先的に溶液に入り、大きな粒子に沈殿して緻密化をもたらす場合にも発生します。

最終緻密化
固体骨格ネットワークの高密度化、効率的に充填された領域から細孔への液体の移動。恒久的な液相焼結が実用的であるためには、主相は液相に少なくともわずかに溶ける必要があり、「バインダー」添加剤は、固体粒子ネットワークの主な焼結が発生する前に溶融する必要があります。そうしないと、粒子の再配列は発生しません。