การให้ความร้อนแบบ Sintering หรือกระบวนการ "เผาผนึก"

การให้ความร้อนแบบ Sintering หรือกระบวนการ "เผาผนึก"

เป็นเทคนิคการให้ความร้อนที่สำคัญในอุตสาหกรรมการผลิตวัสดุ โดยเฉพาะโลหะ เซรามิก และพลาสติก กระบวนการนี้ช่วยให้อนุภาคเล็กๆ ของวัสดุยึดติดกันเป็นโครงสร้างเดียวกันโดยใช้อุณหภูมิที่ไม่ถึงจุดหลอมละลาย เพื่อให้ชิ้นงานมีความแข็งแรงและทนทานสูงขึ้น กระบวนการนี้ยังสามารถควบคุมความหนาแน่นของวัสดุที่ได้ ทำให้สามารถใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนทางการแพทย์ไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ

หลักการพื้นฐานของ Sintering

กระบวนการ Sintering ทำงานโดยใช้อุณหภูมิสูงที่ทำให้อนุภาควัสดุเคลื่อนที่เข้าหากันและเกิดการประสานจากแรงพื้นผิวและการเคลื่อนที่เชิงโมเลกุล กระบวนการนี้มีความพิเศษที่วัสดุจะเปลี่ยนโครงสร้างและเพิ่มความหนาแน่นโดยไม่ละลายเป็นของเหลว

ขั้นตอนการทำงานของ Sintering

กระบวนการ Sintering แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ซึ่งแต่ละขั้นตอนจะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีลำดับเพื่อเสริมสร้างความแข็งแรงและความหนาแน่นให้แก่ชิ้นงาน

1. การอบร้อนเบื้องต้น (Initial Stage) : เมื่อเริ่มให้ความร้อน อนุภาคจะเริ่มขยับเข้าหากัน ทำให้เกิดจุดสัมผัสระหว่างกันเล็กน้อยหรือ "จุดเชื่อม" ซึ่งเป็นการสร้างโครงสร้างเริ่มต้นของชิ้นงาน

2. การสร้างคอเชื่อมต่อ (Neck Formation) : จุดสัมผัสจะขยายใหญ่ขึ้นกลายเป็น "คอเชื่อมต่อ" ที่ทำให้อนุภาคเชื่อมต่อกันแบบสมบูรณ์ ซึ่งคอเชื่อมนี้จะมีความแข็งแรงมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิและเวลาเพิ่มขึ้น

3. การขจัดโพรงอากาศ (Densification) : โครงสร้างของชิ้นงานจะถูกบีบอัดและขจัดช่องว่างระหว่างอนุภาคออกไป ทำให้ชิ้นงานมีความหนาแน่นและทนทานสูงสุด

ตัวอย่างประเภทของการ Sintering เช่น

1. Solid-State Sintering : ใช้สำหรับวัสดุที่มีจุดหลอมละลายสูง โดยกระบวนการนี้จะทำให้วัสดุคงอยู่ในสถานะของแข็งและไม่หลอมละลาย มีประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่ต้องการความทนทานของโลหะและเซรามิกที่มีโครงสร้างแข็งแกร่ง เช่น เซรามิกและโลหะเจือที่มีความแข็งสูง

2. Liquid-Phase Sintering : วัสดุจะถูกทำให้หลอมละลายบางส่วน โดยมีวัสดุช่วยหลอมละลายผสมอยู่ ซึ่งช่วยให้กระบวนการเผาผนึกทำได้ง่ายขึ้นและเร็วขึ้น และได้ชิ้นงานที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น

3. Pressure-Assisted Sintering (การเผาผนึกแบบมีแรงกด) : ใช้การบีบอัดวัสดุร่วมกับการให้ความร้อน ช่วยเพิ่มความหนาแน่นและความแข็งแรงของชิ้นงาน และลดการเสียรูปของชิ้นงาน เช่น Hot Isostatic Pressing (HIP)

4. Spark Plasma Sintering (SPS) : ใช้กระแสไฟฟ้าและความดันเพื่อกระตุ้นให้เกิดการเผาผนึกของวัสดุ มีการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ต้องการความเร็วและความแม่นยำในการผลิตสูง เช่น ในการผลิตชิ้นส่วนเซรามิกและวัสดุซูเปอร์อัลลอย

5. Powder Metallurgy Sintering : การเผาผนึกโลหะผง เป็นกระบวนการหนึ่งในอุตสาหกรรมที่ใช้การให้ความร้อนแก่โลหะผงหรือวัสดุที่ถูกบดละเอียดโดยไม่มีการหลอมเหลว การเผาผนึกนี้ทำที่อุณหภูมิสูงเพียงพอที่อนุภาคเล็กๆ จะยึดติดกันและเกิดการแข็งตัวเป็นชิ้นงานแบบทึบและมีคุณสมบัติแข็งแรง เหมาะกับการผลิตชิ้นส่วนโลหะที่ต้องการความทนทานสูง

ข้อดีของการใช้กระบวนการ Sintering

1. ประหยัดพลังงาน : เนื่องจากวัสดุไม่ถูกหลอมละลายอย่างเต็มที่ จึงช่วยประหยัดพลังงานเมื่อเทียบกับการหลอมละลายวัสดุทั้งชิ้น

2. ลดการบิดเบี้ยว : การที่วัสดุไม่ละลายทำให้การบิดเบี้ยวหรือหดตัวลดลงเมื่อเย็นตัวลง

3. ประสิทธิภาพสูงในการผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อน : Sintering ช่วยให้ผลิตชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ง่ายและมีความแม่นยำสูง

4. เหมาะสมกับวัสดุหลายชนิด : ใช้ได้กับวัสดุหลายประเภท เช่น โลหะ เซรามิก พอลิเมอร์ และซูเปอร์อัลลอย

การใช้งานของ Sintering ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น

1. ยานยนต์ : ผลิตชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ที่ต้องการความแข็งแรงและทนทานสูง เช่น เฟือง คลัตช์ และส่วนประกอบที่มีความซับซ้อน

2. อิเล็กทรอนิกส์ : ผลิตชิ้นส่วนวงจรไฟฟ้าและส่วนประกอบที่มีความละเอียดสูง เช่น ฮาร์ดแวร์ในโทรศัพท์มือถือ

3. การแพทย์ : ผลิตชิ้นส่วนทางการแพทย์ที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น ข้อต่อสะโพกเทียมและอุปกรณ์ฝังในร่างกาย

4. การบินและอวกาศ : ผลิตชิ้นส่วนซูเปอร์อัลลอยที่มีความแข็งแกร่งสูงและทนทานต่ออุณหภูมิสูงสำหรับอุตสาหกรรมการบิน เช่น ส่วนของเครื่องยนต์และโครงสร้างสำคัญของอากาศยาน

นอกจากนี้ยังมีคัตติ้งทูลที่ใช้กระบวนการนี้ในการผลิตด้วยอย่างแบรนด์ TGxOSTTE กดดูแคตตาล็อก คลิกเลย