Pelajaran 9.5MembentukBab 9 · Serbuk dan keramik

Sintering gelombang mikro

Gelombang mikro memanaskan komponen dari dalam

Sintering gelombang mikro memanaskan komponen serbuk yang dipres dengan gelombang mikro, bukan dinding tungku yang panas. Energi diserap di dalam material, sehingga seluruh komponen menghangat sekaligus, seperti microwave dapur memanaskan sup dari dalam. Itu bisa memangkas siklus sintering dari banyak jam menjadi jauh lebih singkat, dan menjaga struktur material lebih halus.

Sintering gelombang mikro · penampang tungku dan pola pemanasanTungku di kiri digambar terbelah; panel di kanan membandingkan tempat panas dimulai pada tungku biasa dan pada tungku gelombang mikro. Angka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah.

Cara kerjanya

Muat komponen. Komponen serbuk yang dipres (sering keramik) ditempatkan di dalam kotak isolasi yang meloloskan gelombang mikro tetapi menahan panas. Batang silikon karbida, disebut susceptor (material yang menyerap gelombang mikro dengan baik), sering berdiri di sampingnya.
Buat gelombang mikro. Magnetron (tabung yang juga menggerakkan oven dapur) menghasilkan gelombang mikro, biasanya pada 2,45 GHz dan beberapa kilowatt. Saluran logam yang disebut waveguide membawanya ke rongga logam tertutup, tempat gelombang memantul ke sana kemari.
Panas dari dalam. Molekul dan muatan pada komponen menyerap gelombang dan mengubahnya menjadi panas di seluruh volumenya. Banyak keramik hampir tidak menyerap gelombang mikro saat dingin, sehingga susceptor memanaskannya lebih dulu hingga mulai menyerap sendiri (pemanasan “hibrida”).
Sinter dan dinginkan. Pada suhu tertentu (misalnya sekitar 1.200–1.500 °C untuk banyak keramik), partikel berikatan dan komponen menyusut serta memadat seperti pada sintering mana pun. Pirometer (termometer tanpa kontak) mengawasi suhu dan daya disesuaikan, lalu komponen mendingin di dalam kotak.

Fakta kunci

Material: Terutama keramik (alumina, zirkonia, ferit, silikon nitrida); juga komponen logam serbuk dan beberapa komposit
Komponen khas: Mahkota zirkonia gigi, komponen keramik, ujung logam keras, sampel riset
Ukuran komponen: Kebanyakan kecil hingga menengah: dari beberapa gram hingga komponen sepanjang beberapa puluh sentimeter
Presisi: Seperti sintering lain: penyusutan harus diprediksi; sering sekitar ±0,5–1% dari dimensi saat disinter
Hasil permukaan: Saat disinter, seperti komponen yang dipres; digerinda atau dipoles bila perlu
Ukuran batch yang cocok: Pekerjaan laboratorium, batch kecil, dan beberapa lini industri kontinu
Biaya perkakas dan mesin: Tanpa perkakas pembentuk (komponen dibentuk sebelumnya); tungku dari unit laboratorium kecil hingga sistem industri berharga ratusan ribu dolar
Kecepatan: Sering menit hingga beberapa jam per siklus, biasanya jauh lebih singkat daripada tungku konvensional untuk komponen yang sama

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Pemanasan cepat dari dalam, sehingga siklus lebih singkat
Lebih sedikit energi terbuang untuk memanaskan dinding tungku
Butiran lebih halus, sering menghasilkan komponen lebih kuat
Peralatan ringkas untuk laboratorium dan klinik kecil

Batasan

Banyak material menyerap buruk saat dingin dan butuh susceptor
Titik panas dan “thermal runaway” (titik yang makin lama makin cepat panas berlebih) bisa meretakkan komponen
Suhu sulit diukur dan dikendalikan secara merata
Logam memantulkan gelombang mikro, sehingga komponen logam padat lebih sulit diolah

Di mana dipakai

GigiSintering cepat mahkota dan jembatan zirkonia dalam tungku seukuran klinik
Keramik canggihAlumina, silikon nitrida, dan keramik suhu ultra-tinggi untuk panas ekstrem
ElektronikFerit dan elektrokeramik lainnya
Manufaktur aditifSintering komponen logam dan keramik cetak di kiln gelombang mikro
RisetUji cepat resep keramik dan komposit baru

Cara mengenalinya

Biasanya Anda tidak bisa mengetahuinya dari komponennya: tampak seperti komponen keramik atau logam sinter biasa.
Tungkunya yang membocorkannya: kotak logam yang diumpan waveguide, tanpa elemen pemanas berpijar di dalamnya.
Komponen laboratorium dan maker sering berada di kotak isolasi serat putih atau wadah silikon karbida.

Bandingkan dengan

Metalurgi serbuk9.1memakai tungku konvensional yang memanaskan dari luar ke dalam, selama berjam-jam.Spark plasma sintering9.4juga memanaskan cepat dari dalam, tetapi dengan arus listrik melalui die dan dengan tekanan.Pemrosesan sol-gel9.6cara lain membuat keramik halus, dimulai dari cairan, bukan serbuk.

Tonton

National Science Foundation News · Mengapa tungku gelombang mikro mempercepat pembuatan keramik, dengan rekaman laboratorium

Hunan WISE Microwave Technology Co., Ltd · Bagian-bagian tungku industri: magnetron, waveguide, ruang

The Virtual Foundry, Inc. · Gagasan susceptor, dengan komponen logam cetak 3D di dalam wadah

CERAMBOT · Kiln gelombang mikro kecil membakar komponen keramik cetak

Lihat foto asli

Wikipedia: Sintering — artikel sintering umum dengan bagian tentang sintering gelombang mikro; Wikipedia bahasa Inggris tidak punya artikel terpisah
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Sintering gelombang mikro memanaskan komponennya sendiri, bukan dinding tungku.
Pemanasan dari dalam memberi siklus lebih singkat dan butiran lebih halus.
Penyerapan buruk saat dingin dan titik panas adalah tantangan utama, diatasi dengan susceptor dan kontrol cermat.