Що таке спікання в рідкій фазі?
Багато систем спікання утворюють рідку фазу під час процесу спікання. Як правило, додані елементи або сполуки не реагують з матрицею і не розчиняються в ній і навіть можуть стати рідкими під час спікання. Вони не змочують матеріал матриці, наприклад свинець у бронзі або MnS у нержавіючій сталі. Ця рідка фаза не сприяє і не впливає на процес спікання; натомість він існує в матриці у вигляді крапель, і вся система спікається завдяки дифузії-в твердому стані.
Крім того, коли існує рідка фаза з обмеженою реакцією на матрицю, яка змочує матеріал матриці, надмірне утворення цієї рідкої фази може призвести до локалізованого колапсу каркаса, оскільки швидкість атомної дифузії рідкої фази є набагато вищою, ніж швидкість дифузії твердої фази. Тому контроль вмісту рідкої фази є корисним для процесу спікання, оскільки швидша швидкість масообміну призводить до швидкого ущільнення деталей. Рідка фаза може існувати в двох формах: перша - це коли рідка фаза присутня в усьому утриманні спікання, що називається безперервною рідкою фазою; інший – коли рідка фаза твердне під час витримки спікання, що називається перехідною рідкою фазою.
Безперервне спікання в рідкій фазі поділяється на два типи: перший тип передбачає нагрівання змішаного порошку з утворенням рідини. Типовим прикладом є важкі сплави, такі як сплави W-Fe-Ni, які нагріваються з утворенням рідкого Fe-Ni, де W має обмежену розчинність; або сплави WC-Co, де Co розчиняє деяку кількість WC з утворенням евтектики, але WC розчиняє лише дуже невелику кількість Co. На малюнку 7.9 показано мікрофотографію сплаву 90W-7Ni-3Fe, на якій видно сферичні зерна вольфраму в сплаві Ni-Fe-W матриця. Під час спікання Fe-Ni плавиться в рідку фазу та розчиняє вольфрам, що призводить до сфероїдизації частинок вольфраму. Надлишок вольфраму, що перевищує його межу розчинності, осідає в рідині, що є типовим прикладом розчинення-повторного осадження під час рідкофазного спікання.
(Наявність круглих зерен вольфраму в матриці сплаву Ni-Fe-W є типовим прикладом повторного осадження-розчинення під час фазового спікання.)
Другий тип — це спікання в рідинній фазі (SLPS). Коли попередньо-легований порошок нагрівається вище лінії солідусу, межі зерен на поверхні та всередині частинок плавляться, утворюючи невелику кількість рідкої фази, що призводить до спікання рідинної фази надтвердої-лінії. Утворення цієї рідкої фази сприяє швидкому ущільненню. Типовим прикладом використання SLPS є інструментальна сталь типу М2. На рисунку 7.10 показана типова спечена мікроструктура інструментальної сталі типу М2. На малюнку показано дрібні частинки карбідної фази в матриці та більшу кількість карбідної фази вздовж певних меж зерен.
(Є невелика кількість карбідної фази всередині зерен і велика кількість карбідної фази на деяких границях зерен.)
Існує два типи перехідного рідкофазного спікання: перший – це реакційне спікання, яке відбувається, коли елементи А та елемент В утворюють сполуку, вивільняючи тепло та утворюючи сполуку АВ. Таким прикладом є NiAl. Другий – коли перехідна рідка фаза зникає внаслідок дифузії певного елемента з утворенням твердого розчину. Наприклад, вуглець утворює евтектику із залізом і хромом. Коли вуглець дифундує в матрицю, він утворює твердий розчин, а рідка фаза твердне.