sinteren

Sinteren is de methode om deeltjes onder hoge temperatuur en/of hoge druk samen te voegen of aaneen te kitten zonder de materialen waaruit de deeltjes bestaan te laten smelten. De deeltjes kunnen van verschillende materialen zijn. 
Dit artikel behandelt uitsluitend sintering door verhitting.

• Sinteren van klei / baksteen

• Sinteren bij 3d-printtechniek

• Sinteren van ijzer

1. Sinteren van klei / baksteen. Sinteren is een voorstadium van het smelten van kleimineralen waardoor het na afkoelen harder wordt, bijvoorbeeld bij de fabricage van baksteen. De baksteen kan door sinteren op verschillende plekken verglazen (glasachtig worden) of daartoe neigen. De grote hitte van de oven kan ook donkergrijze tot zwarte sintervlakken op de stenen geven, vaak slechts over een deel van de steen, wat hem juist aantrekkelijk maakt.

Voordelen gesinterde baksteen
- Gesinterde stenen of stenen met af en toe een plekje dat gesinterd is, kunnen een gebouw een eigen, nonchalant, levendig, eigenwijs en tijdloos karakter geven.
- Sinteren maakt de steen compacter, harder en daardoor minder gevoelig voor vocht (sinteren vergroot de waterdichtheid). Daarom werden gesinterde stenen ook toegepast als een goed en goedkoper alternatief voor een trasraam.
- Een gesinterde steen heeft wel poriën maar die staan meestal niet in verbinding met elkaar (zoals bij wat poreuze stenen die op een lagere temperatuur gebakken zijn).
- Bij een lichtgrijze sintering lijken de bakstenen op hergebruikte stenen wat ook een idee van eenvoud en duurzaamheid kan geven.
- Er zijn vele kleuren en soorten gesinterde baksteen.

Nadelen gesinterde baksteen
- De steen kan over een groot vlak een lichtgrijze gloed krijgen. Sommigen waarderen dit, anderen niet.
- De steen kan teveel gebobbeld zijn of sterk vervormd.
- Er kunnen te grote holten ontstaan bij te lange oververhitting.
- Verse gesinterde bakstenen kunnen aan elkaar kleven (maar zijn gemakkelijk van elkaar te verwijderen). 
- Vroeger, toen de temperatuur in de oven niet goed geregeld kon worden, waren gesinterde stenen vaak wat kromgetrokken en werden om die reden niet als voorwerkers gebruikt.

Proces
- Sinteren gebeurt in de steenoven, waarbij de stenen lang genoeg op hoge hitte gesinterd moeten worden om goed bruikbaar te zijn (niet te poreus, niet teveel verglaasd, niet vervormd). Zand smelt pas bij een temperatuur van ca. 1700 graden C; klei bij lagere temperaturen (ca.1000-1150, afhankelijk van kleisoort en toevoegingen). 
- Bij temperaturen van ca. 900-1050 graden C worden de kleimineralen gedeeltelijk al wat plastisch (zonder echt te smelten), waardoor alle deeltjes van de kleimassa aan elkaar kitten: kwarts, veldspaten, glimmers e.d. worden door de sinterende kleimineralen aan elkaar gebonden. De hete, pasteuze materie vult de minuscule holten die ontstaan zijn in de gebakken en daardoor gekrompen kleideeltjes. 
- Door langdurig de temperatuur op ca. 1050-1100 graden C te houden worden de stenen goed gesinterd, waardoor de kleinere poriën tot grotere aaneen smelten. Het materiaal waarmee de steen vervaardigd wordt, moet thermisch stabiel zijn, d.w.z. er moet een aardig verschil zijn tussen temperatuur van sinteren en temperatuur van smelten. Dit sintertraject moet zo groot mogelijk zijn, is voor elke kleisoort verschillend en is sterk afhankelijk van de soort klei en van de toevoegingen (o.m. smeltpuntverlagende of smeltpuntverhogende).
- Langzaam de temperatuur opvoeren heeft het voordeel dat de deeltjes de kans krijgen aaneen te kitten en het sinterproces zich kan voltooien zonder dat er teveel krimp is en teveel holen ontstaan. De gesinterde baksteen mag ook niet te snel afkoelen.

Opmerkingen
- Boven 1125 graden C vindt oversintering plaats waardoor glasachtige blazen ontstaan en de steen meer kan vervormen. Esthetisch gezien is het vaak juist de bedoeling dat er op een aantal plaatsen van een set stenen zulke oversinterde plekken ontstaan op de baksteen, maar niet te groot en te diep.
- Een discontinue oven heeft het voordeel dat slechts af en toe een stukje van de steen gesinterd is, wat vaak aantrekkelijker is dan een zeer sterk gesinterde gevel.
- Voordeel van zand en andere niet-kleimineralen is ook dat zij de droog- en bakkrimp van de steen beperken.
- Geeltinten ontstaan wanneer krijt wordt toegevoegd aan het te sinteren mengsel. Door het krijt wordt de sintertemperatuur wel verhoogd, wat ongunstig kan zijn.
- Teveel kalk in de klei geeft een te poreuze gesinterde staan.
- Keukenzout in de gebruikte klei geeft een groenachtig zoutglazuur op de steen (dit is het "verglazen").
- Vroeger werden gesinterde stenen ook wel als misbaksels gezien. Deze stenen werden toegepast als achterwerkers (dus niet zichtbaar), bij een trasraam (bij vervormingen kon het trasraam van een cementlaag worden voorzien) of voor een tuinmuurtje o.d.

stookcurve met temperatuur (800-1150 graden C), opwarmperiode, sintertraject en koelperiode (in totaal veelal ca. 1 week); 1 = restvocht verdwijnt (capillaire vocht verdwijnt) 2 = humus verbrandt 3 = materiaal wordt plastisch en (na de onderbroken streep) komt in de vuurhaard 4 = begin sintering 5 = product rijpt 6 = snelle afkoeling, plasticiteit verdwijnt 7 = afnemende koelsnelheid 8 = koeling tot uitrij-temperatuur

een aantal afbeeldingen met meer of minder gesinterde bakstenen (klik voor groter): voorbeeld van een gevel met af en toe een extra goed gesinterde baksteen; intrigerend, eigenwijs, toch rustig uiterlijk (uit brochure ontwerp en uitvoeringsrichtlijnen baksteen buitengevels van koninklijk nederlandse bouwkeramiek knb):

lichtgesinterde stenen bij een trasraam van een rentenierswoning, wadwerderweg 6, usquert, 1925 (foto david woltinge, staat in eemsdelta):

fors gesinterde steen bij de bouwstijl amsterdamse school; oosterkerk, oostenburgstraat 1-3, kollum (copyrignt gert-jan lobbes, wendingen, platform voor de amsterdamse school):

gesinterd met af en toe een donkere, verglaasde plek; antigoon donkerrood, iets gesinterd, kloosterformaat (vogelensangh):

behoorlijk gesinterde, enigszins vervormde steen; antigoon blauw gesinterd; een gevel met deze stenen wordt door velen toch als wat geforceerd gezien (in de architectuur van de amsterdamse school kwam dat wel eens voor) (vogelensangh):

lichte sintering bij baksteen canne deesterbont, waalformaat (vogelensangh):

aanmerkelijke, maar beheerste hoeveelheid sintering (baksteencentrum limburg):

forse grijze "gloed", in dit geval bij vrijwel alle stenen (baksteencentrum limburg):

af en toe een wit gesinterde steen tussen gele kan speels zijn, maar ook wat geforceerd (steenhandel geurds):

Gesinterde stenen werden ook wel paardeklinkers (paardenklinkers) genoemd omdat ze bestand waren tegen de hoefijzers van de paarden. Ze waren vaak wel wat kleiner en soms krommer, maar zeer hard en geschikt om bijvoorbeeld een paardenspoor in een grindweg te leggen.

Met dank aan Steenfabriek Vogelensangh, Technisch Werken en "Inleiding in de Bouwhistorie" van Ronald Stenvert en Gabri van Tussenbroek (Uitgever Matrijs).

2. Sinteren bij 3d-printtechniek
Bij SLS (Selective Laser Sintering) is bij 3d-printen de warmtebron een laser. De laser is gericht op een bak met het materiaal dat laagje voor laagje aangeboden wordt. Door de opbouw in zeer dunne laagjes hechten de korrels van het poeder aaneen: op het poederbed komt steeds een laagje van 0,10-0,12 mm te liggen dat het al "gesmolten" en grotendeels gestolde poeder van het voorgaande laagje bedekt. Met de laser wordt dat laatste laagje verhit (gesinterd) wat daardoor aaneensmelt met het voorgaande laagje.
Wanneer het gehele object zo is opgebouwd en afgekoeld is, wordt het uit de bak met poeder genomen en eventueel geschuurd, gepolijst of gecoat.
Het restant aan poeder kan vaak weer worden gebruikt.

Voordelen SLS
- sterk product (waarschijnlijk ook omdat een voorgaand laagje nog enigszins "meesmelt" met het geprinte laagje)
- hoge kwaliteit (nauwkeuriger dan DLP Digital Light Processing)
- omdat het om sinteren gaat en niet om smelten, kun je verschillende materialen tot één geheel sinteren, zelfs metaal en kunststof
- de materialen die zijn te verwerken bij diverse printbedrijven, mede afhankelijk van specialisme en printerfabrikaat: 
staal, RVS, titaan, titanium-legeringen, nikkel-legeringen, cobalt-chroom-legeringen, koper, brons, aluminium (AlSi10Mg), goud 14K, polystyreen (PS, castform), polyamide (nylon 11, PA11, PA12 Adsint, EOS PA2200, EOS PA3200 GF, DuraForm ProX HST), glass-filled (glass-fibered) polyamide (PA-GF), carbon-filled (carbon-fibered) polyamide (PA-CF), carbonmide (mix van korrels carbonvezels en polyamide korrels ), alumide (mix van korrels aluminium en korrels polyamide), polypropyleen (PP Ultrasint), thermoplastisch polyurethaan (TPU, 90 Flex Adsint), polyetheretherketon (EOS PEEK HP3), zelfs gietzand
- anders dan de bak waarin het poeder gebracht en gesinterd wordt, is er geen specifieke ondersteuning van het product nodig
- SLS is geschikt voor prototyping of kleine series (i.v.m. de wat lage snelheid en nabewerking)
- de objecten zijn geschikt om te schuren, polijsten of coaten. 

Nadelen SLS
- nabehandeling wel nodig (door de opbouw in laagjes)
- niet voor grote series.

hoe sls 3d-printen werkt; de materialen worden gesinterd; klik voor groter (additive blog):

sls 3d-printen aan het werk, steeds met het bovenste laagje en resultaat van het 3d-printen; klik voor het filmpje (vanaf 1:09 min het echte printen) (protofab 3d-printing):

Met dank aan Additive blog, Oceanz, Protofab 3d-printing, 3DCompare, Professional Plastics.

3. Sinteren van ijzer

Fijn ijzererts kan niet zonder meer in een hoogoven worden gebruikt omdat de oven dan verstopt raakt. Daarom wordt het ijzererts "voorgebakken" tot brokken (sinters) of knikkers (pellets).

Het sinteren werkt als volgt:
- het ijzererts wordt gebroken in kleine stukjes van ca. 6 mm (een soort poedervorm) 
- cokes en toeslagstoffen worden toegevoerd (bijvoorbeeld kalksteen als toeslagstof)
- door de cokes wordt het mengsel verhit tot juist onder het smeltpunt (het ijzererts smelt net niet) waardoor een poreuze massa ontstaat
- na afkoelen wordt dat gesinterde materiaal gemalen tot stukjes van 5-40 mm om het materiaal in de hoogoven te kunnen gebruiken.

Pellets ontstaan door zeer fijn ijzerertspoeder te mengen met klei, steenkoolpoeder, kalksteen e.d. en te verhitten waardoor bolletjes ontstaan ("pellets") die aan de hoogoven gevoerd kunnen worden.

Uit sinters, pellets en cokes ontstaat in de hoogoven vloeibaar ruwijzer, dat met een temperatuur van 1500 graden C getapt wordt.

De term sinteren is afkomstig van het Middelhoogduitse sintar (metaalslak). Verwant aan het Franse cendre (as), van het Latijnse cinerem (as) afgeleid van van of gerelateerd aan het Griekse konis (stof).
Benamingen voor een metaalslak (ook uit dialecten): sintel, sinter, suntel, zender, zinder, zintel, singel, sinkel, zinkel, sinsel, zinsel, zunsel.
Een sintel is ook een uitgebrand stuk steenkool.

Eng. sinter, sintering, cinder;
Du. Sinter;
Fr. fritté