3. Der Sinterprozess

Question 1

Wovon hängt die Ausgangsdichte ab?

Answer 1

• Von der Packungsdichte und Korngröße der Pulver

* Formgebungsverfahren

Question 2

Wie wirkt sich eine höhere Ausgangsdichte auf den weiteren Verdichtungsprozess aus?

Answer 2

• Schwindung beginnt bei geringeren Temperaturen und führt zu höheren Enddichten

Question 3

Wie kann man die Triebkräfte beeinflussen?

Answer 3

• Oberflächenenergie erhöhen
• Grenzflächenenergie erhöhen
• Chemische Energie erhöhen
• Elastische Energie (Verzerrungsenergie) erhöhen:

Question 4

Warum muss man eigentlich heizen, obwohl die Triebkräfte alle auch bei Raumtemperatur vorhanden sind?

Answer 4

Materialtransportmechanismen benötigen Aktivierungsenergie

Question 5

Was passiert, wenn man die Temperaturerhöhung in der Mitte des Schwindungsstadiums abbricht?

Answer 5

• Weitere Verdichtung erfolgt nach √t-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien
-> geschlossene Restporosität

Question 6

Was passiert, wenn man die Temperaturerhöhung am Ende des Anfangsstadiums abbricht?

Answer 6

• Weitere Verdichtung erfolgt nach √t-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien
-> offene Restporosität

Question 7

Für welche Sinterschritte sind besondere Pulvereigenschaften erforderlich?

Answer 7

• erstes Stadium (hier wird die Kornform verändert)

Question 8

Welche apparativen Möglichkeiten hat man, um den Sinterprozess zu beschleunigen?

Answer 8

• Druck anwenden

Question 9

Wie verhalten sich nanokristalline Pulver nach der Herstellung bei Raumtemperatur?

Answer 9

• Sie beginnen bei Kontakt bereits spontan Sinterhälse auszubilden
• Schädlich für die Formgebung

Question 10

Ist der Mechanismus der Verdampfung und Wiederkondensation für das Sintern von Pulvern hilfreich oder schädlich (Begründung)? Welche Gefügeveränderungen erwarten Sie grundsätzlich?

Answer 10

Schädlich, da
• Verlust an Triebkraft ohne Schwindung
• Bildung von Teilchenketten

Question 11

Tragen die Materialtransportmechanismen der Verdampfung und Kondensation bzw. der Oberflächendiffusion zur Verdichtung eines Sinterkörpers bei?

Answer 11

Nein: sie führen zur Teilchenverschlankung und zur Kettenbildung.

Question 12

Wie unterscheiden sich feinkörnige und grobkörnige Pulverpackungen in ihrem Sinterverhalten in Bezug auf die o.g. Mechanismen?

Answer 12

• Feinkörnige Teilchen haben einen höheren Dampfdruck als grobe

Question 13

Welche Spannungen herrschen in Poren?

Answer 13

Nach innen gerichtete Zugspannungen, die eine Triebkraft für Porenschwund erbringen.

Question 14

Welche Form müssen Poren anstreben, die im Inneren von Körnern sitzen?

Answer 14

Kugelform wegen der Erniedrigung der Oberfläche relativ zum Volumen

Question 15

Warum bilden sich nadelige Apatitkristalle (siehe Biowerkstoffe) beim Sintern von Calciumphosphat-Keramik aus?

Answer 15

Anisotropie der Oberflächenenergie dominiert Erniedrigung der Gesamtoberflächenenergie; daher keine Kugelform.

Question 16

Wie kann man die bisherigen Effekte nutzen, um mit dem Sinterprozess Filterwerkstoffe oder Katalysatoren mit großen inneren Oberflächen usw. herzustellen?

Answer 16

• Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 1.Sinterstadiums

* Nutzung von Verdampfung und Kondensation

Question 17

Wie würden Sie einen leichten, aber wasserdichten Sinterkörper herstellen?

Answer 17

• Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 2.Sinterstadiums (Schwindungsstadium)
• Nutzung des Porenschlusses zur Ausbildung definierter geschlossener Porosität

Question 18

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?

Answer 18

• Schnellere und effizientere Verdichtung

* homogene Gefüge, kleine Poren

Question 19

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?

Answer 19

• Korngrenzen sind strukturell undefiniert (Großwinkel-KG sind quasi-amorph) und haben Verunreinigungen angereichert

Question 20

Sie wählen billige Rohstoffe für eine Massenanwendung geringer Wertschöpfung. Diese sind daher mit Verunreinigungen versehen. Wo finden Sie diese Verunreinigungen nach dem Sintern wieder?

Answer 20

• An den Korngrenzen (durch strukturelle Verzerrungen)

Question 21

Warum sollten Sie nur reine Rohstoffe für Hochtemperaturanwendungen benutzen?

Answer 21

• Verunreinigungen bilden eine Art Glasphase an der Korngrenze, die bei hohen Temperaturen erweichen kann

Question 22

Ist das fortschreitende Kornwachstum nützlich oder schädlich a) für den Verdichtungsprozess und b) für die mechanischen Eigenschaften des Bauteils (Begründung)?

Answer 22

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.

Question 23

Warum ist das Kornwachstum bei höheren Temperaturen schneller als bei niedrigeren Temperaturen?

Answer 23

Es steht mehr thermische Energie für den Materialtransport zur Verfügung

Question 24

Würden Sie – um ein homogenes Gefüge bei optimaler Verdichtung einzustellen – eher länger bei niedrigeren Temperaturen sintern oder lieber kurz bei hohen Temperaturen (Begründung)?

Answer 24

Lieber kurz bei höheren Temperaturen, da höhere Enddichten erzielbar sind.

Question 25

Wieso wirken die mehrphasigen Sintersysteme kornwachstumshemmend?

Answer 25

Körner einer Zweitphase stehen der Korngrenzenwanderung der Matrixphase im Wege und andersherum.

Question 26

Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders feinkörnige und homogene Gefüge erzielen möchte?

Answer 26

Feine Pulver, enge Korngrößenverteilung und homogene Packungsdichte verwenden.

Question 27

Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders inhomogene Gefüge mit Grobkorn- und Feinkornanteil erzielen möchte?

Answer 27

Pulver mit verschiedenen Maxima der Korngrößenverteilung verwenden, also Grobkorn mit Feinkorn mischen.