3. Der Sinterprozess Flashcards
Wovon hängt die Ausgangsdichte ab?
- Von der Packungsdichte und Korngröße der Pulver
* Formgebungsverfahren
Wie wirkt sich eine höhere Ausgangsdichte auf den weiteren Verdichtungsprozess aus?
• Schwindung beginnt bei geringeren Temperaturen und führt zu höheren Enddichten
Wie kann man die Triebkräfte beeinflussen?
- Oberflächenenergie erhöhen
- Grenzflächenenergie erhöhen
- Chemische Energie erhöhen
- Elastische Energie (Verzerrungsenergie) erhöhen:
Warum muss man eigentlich heizen, obwohl die Triebkräfte alle auch bei Raumtemperatur vorhanden sind?
Materialtransportmechanismen benötigen Aktivierungsenergie
Was passiert, wenn man die Temperaturerhöhung in der Mitte des Schwindungsstadiums abbricht?
• Weitere Verdichtung erfolgt nach √t-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien
-> geschlossene Restporosität
Was passiert, wenn man die Temperaturerhöhung am Ende des Anfangsstadiums abbricht?
• Weitere Verdichtung erfolgt nach √t-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien
-> offene Restporosität
Für welche Sinterschritte sind besondere Pulvereigenschaften erforderlich?
• erstes Stadium (hier wird die Kornform verändert)
Welche apparativen Möglichkeiten hat man, um den Sinterprozess zu beschleunigen?
• Druck anwenden
Wie verhalten sich nanokristalline Pulver nach der Herstellung bei Raumtemperatur?
- Sie beginnen bei Kontakt bereits spontan Sinterhälse auszubilden
- Schädlich für die Formgebung
Ist der Mechanismus der Verdampfung und Wiederkondensation für das Sintern von Pulvern hilfreich oder schädlich (Begründung)? Welche Gefügeveränderungen erwarten Sie grundsätzlich?
Schädlich, da
• Verlust an Triebkraft ohne Schwindung
• Bildung von Teilchenketten
Tragen die Materialtransportmechanismen der Verdampfung und Kondensation bzw. der Oberflächendiffusion zur Verdichtung eines Sinterkörpers bei?
Nein: sie führen zur Teilchenverschlankung und zur Kettenbildung.
Wie unterscheiden sich feinkörnige und grobkörnige Pulverpackungen in ihrem Sinterverhalten in Bezug auf die o.g. Mechanismen?
• Feinkörnige Teilchen haben einen höheren Dampfdruck als grobe
Welche Spannungen herrschen in Poren?
Nach innen gerichtete Zugspannungen, die eine Triebkraft für Porenschwund erbringen.
Welche Form müssen Poren anstreben, die im Inneren von Körnern sitzen?
Kugelform wegen der Erniedrigung der Oberfläche relativ zum Volumen
Warum bilden sich nadelige Apatitkristalle (siehe Biowerkstoffe) beim Sintern von Calciumphosphat-Keramik aus?
Anisotropie der Oberflächenenergie dominiert Erniedrigung der Gesamtoberflächenenergie; daher keine Kugelform.
Wie kann man die bisherigen Effekte nutzen, um mit dem Sinterprozess Filterwerkstoffe oder Katalysatoren mit großen inneren Oberflächen usw. herzustellen?
- Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 1.Sinterstadiums
* Nutzung von Verdampfung und Kondensation
Wie würden Sie einen leichten, aber wasserdichten Sinterkörper herstellen?
- Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 2.Sinterstadiums (Schwindungsstadium)
- Nutzung des Porenschlusses zur Ausbildung definierter geschlossener Porosität
Was passiert mit dem Gefüge, wenn man so schnell aufheizt, dass die Stadien der Verdampfung und Kondensation bzw. Oberflächendiffusion rasch übergangen werden und man schnell zur Grenzflächendiffusion gelangt?
- Schnellere und effizientere Verdichtung
* homogene Gefüge, kleine Poren
Keramische Werkstoffe gelten als unempfindlich gegenüber Säuren und Laugen, Metallschmelzen und Schlacken. Unterscheiden Sie nun genauer zwischen den Körnern und den Korngrenzen. Welches sind die chemisch stabileren Gefügebestandteile und warum?
• Korngrenzen sind strukturell undefiniert (Großwinkel-KG sind quasi-amorph) und haben Verunreinigungen angereichert
Sie wählen billige Rohstoffe für eine Massenanwendung geringer Wertschöpfung. Diese sind daher mit Verunreinigungen versehen. Wo finden Sie diese Verunreinigungen nach dem Sintern wieder?
• An den Korngrenzen (durch strukturelle Verzerrungen)
Warum sollten Sie nur reine Rohstoffe für Hochtemperaturanwendungen benutzen?
• Verunreinigungen bilden eine Art Glasphase an der Korngrenze, die bei hohen Temperaturen erweichen kann
Ist das fortschreitende Kornwachstum nützlich oder schädlich a) für den Verdichtungsprozess und b) für die mechanischen Eigenschaften des Bauteils (Begründung)?
a) nützlich: wandernde Korngrenzen können auch Poren treffen, wobei diese durch Grenzflächendiffusion ausheilen können
b) schädlich wegen 1/√a (Griffith-Gleichung); wenn sonst keine Defekte da sind, ist die Korngröße der Defekt.
Warum ist das Kornwachstum bei höheren Temperaturen schneller als bei niedrigeren Temperaturen?
Es steht mehr thermische Energie für den Materialtransport zur Verfügung
Würden Sie – um ein homogenes Gefüge bei optimaler Verdichtung einzustellen – eher länger bei niedrigeren Temperaturen sintern oder lieber kurz bei hohen Temperaturen (Begründung)?
Lieber kurz bei höheren Temperaturen, da höhere Enddichten erzielbar sind.
Wieso wirken die mehrphasigen Sintersysteme kornwachstumshemmend?
Körner einer Zweitphase stehen der Korngrenzenwanderung der Matrixphase im Wege und andersherum.
Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders feinkörnige und homogene Gefüge erzielen möchte?
Feine Pulver, enge Korngrößenverteilung und homogene Packungsdichte verwenden.
Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders inhomogene Gefüge mit Grobkorn- und Feinkornanteil erzielen möchte?
Pulver mit verschiedenen Maxima der Korngrößenverteilung verwenden, also Grobkorn mit Feinkorn mischen.
