Keramik: Sintern Flashcards
Was sind Sintern und welche Ziele gibt es?
Wärmebehandlung von Materialine, die aus Pulvern bestehen und unter Einwirkung von Temperatur, Zeit und äußerem Druck Kontaktbrücken bilden
–> Ziele sind eine Erhöhung der Festigkeit (durch Verdichtung) oder Porosität
Welche Transportmechanismen gibt es bei Sintern und welchen Effekt haben sie auf die Verdichtung?
Oberflächentransport → keine Verdichtung
• Oberflächendiffusion OD •
Verdampfung/Kondensation VK
• Gitterdiffusion GD
Volumentransport → Verdichtung
- plastische Verformung PV
- Korngrenzendiffusion KD •
Gitterdiffusion GD
Zeichne die Wirkrichtungen von Oberflächen- und Volumentransport in die Zeichnung ein
Welche Faktoren beeinflussen den Sinterprozess und was können Fehler bewirken?
-Temeratur/Zeit Ablauf beim Aufheizen, Sintern und Abkühlen
–> zu schnelles heizen für zu Binderausbrand und Rissen im Grünkörper oder Binderrückständen, wenn Verdichtung einsetzt, bevor Binder ausgebrannt ist
-Sintertemperatur
–> zu gering, keine vollständige Verdichtung
geeignete Atomosphäre
–> unerwünschte Reaktionen (SiC wird zu Si-Oxid)
-Sinterdauer
–> zu lang kommt Kornvergröberung
Homogenität des Ofens
–> schwankende Temp. führt zu Dichteunterschieden
Anwendungsbeispiele Siliziumcarbid
Wärmetauscher
Gleitlager
Matrizen
Brennelemente
Halbleiterindustrie
Welche Varrianten von SiC gibt es?
Einphasiges SiC:
-rekristalisiertes (RSiC) (Tsin > 2000 Grad)
SiC-Verbundwerkstoffe:
- Siliziumfähiges SiC (SiSic)
- Siliziertes SiC (CSiC)
- gesintertes SiC (GSiC)
- Heißgepresstes (HPSiC)
- Heißisostatisches gepresstes SiC (HiPSiC)
- -> Tsin 1900-2200 Grad
Reaktionsgebundes SiC (RBSiC)
Welche Arten des Sinterns gibt es + nenne Beispiele für Stoffe, die auf diejenigen Arten gesintert werden?
Wie entstehen die Sinterhälse?
→ durch Stofftransport durch Diffusion von Atomen an den Kontaktflächen
Beschrifte die Abbildung
Welche Phänomen findet man beim Sintern vor?
- Abnahme der Porengröße zur Verdichtung der Sinterlings aufgrund der Ausbildung von Sinterhälsen
→ Verringerung der Grenzflächenenergie - Vereinigen von Poren durch Vergröberung
→ Verrinerung der Oberflächenenergie
Wie nennt man die drei Phasen des Festphasensinterns?
- Anfangsstadium
- Zwischenstadium
- Endstadium
Welche beiden Arten des Stofftransports gibt es beim Sintern und was sind ihre Mechanismen?
Welchen Einfluss hat die Krummung der Oberfläche auf die vorliegende Art der Spannung?
In welchen Systemen stellt der Mechanismus Verdampfung - Kondensation eine Rolle?
Manganoxid
Zinkoxid
Nickeloxid
Welcher Diffusionsmechanismus hat den größten Koeffizienten?
Zeichne den Verlauf der Temperatur über der Zeuit während des Sinterns und das Verdichtungsdiagramm auf
Ordne die Mechanismen beim Sintern der Korngrößenabhängigkeit nach an
Vervollständige die Abbildung
Wie wird der Mechanismus genannt, der zum Kornwachstum führt?
Ostwaldreifung
Was sind die Unterschiede zwischen dem idealen und realen Fertigungsprozess beim Sintern?
ideal:
- alle Partikel sind gleichgroß
- jedes Korn besteht auf einen kristallographischen Korn, was im Endstadium ein seitiges pentagonales Dokekahedron ist
real:
- einige Körner wachsen auf Kosten kleiner Körner
- es kommt zur Ostwald Reifung
Was ist die Faustregel für das Wachstum von Körnern?
Mit welcher Formel kann das Kornwachstum berechnet werden?
Welche Oxide können zur Beeinflussung des Kornwachstums eingesetzt werden. Inwiefern beeinflussen sie das Kornwachstum und welcher prozentueller Anteil wird hierfür benötigt?
- MgO:
- wird im Gitter gelöst und wirkt Wachstumshemmend
→ 250 ppm werden benötigt - ZrO2;:
- ist in Al2O3 unlöslich und verringert das Korngrenzenwandern über feiner Ausscheidungen (Dispersionen) an den Korngrenzen
→ 10% werden benötigt
Wie entwickelt sich der Verlauf der Porosität über das Sintern?
zu Beginn 30% Gesamtporosität. davon hauptsächlich offene Poren
am Ende fast keine Porosität mehr, davon hauptsächlich geschlossene Poren
Welche Mechanismen wirken beim Porenwachstum?
Was ist Flüssigphasensintern
Sintern mit mindestens einer flüssigen Phase (1-25 vol-%) bei Sintertemperatur
Beschrifte die Abbildung
Welche drei Mechanismen kommen beim Flüssigphasensintern zu tragen?
- Teilchenumordnung (ca. 80% der Gesamtverdichtung)
- Lösung/Wiederaussscheidung
- Skelletsinterung
Was muss in Bezug auf die Löslichkeiten der festen und flüssigen Phase zueinander sichergestellt sein, um einen Sintererfolg zu garantieren?
Was sind zwei Stoffe, die mittels Flüssigphasensintern entstehen können?
Al2O3
SiC (geht nur mit FPS)
Was bedeutet LPSSiC?
Liquid Phase Sinteing SiC
Was sind zwei Vorteile beim Flussigphasensintern?
- Beschleunigung des Sintervorgangs (durch Absenken der Sintertemperatur)
- Verdichtung auf nahezu voller Dichte beim drucklosen Sintern
Nenne ein Beispiel für einen Flüssigphasenbildner
5 % Ca-Mg-Al-Silikat-Glasphase
Welche Gasmedien werden häufig bei der HIP genutzt?
Argon
Stickstoff
Was sind zusätzliche Verdichtungsmechanismen, die beim HP und HIP wirken?
Plastisches Fließen
• Versetzungskriechen
• Korngrenzengleiten
→ Vollständige Verdichtung bis zur theoretischen Dichte ist möglich.
Was sind Vorteile des druckunterstützten Sinterns:
- Sinterzeiten werden verkürzt.
- Sintertemperatur kann reduziert werden.
- Vollständige Verdichtbarkeit schwer sinterbarer Systeme (SiC, Si3N4 , B4C)
Was bedeutet HPSiC, was ist sein Temperaturbereich, Sinteradditive, Druck und Anwendung
Heißgepresstes Siliziumkarbid (HPSiC):
2000 Grad
50 MPa
Bor- sowie Aluminiumhaltige Additive
→ thermisch beanspruchte Ventilstößel werden hergestellt
Was bedeutet HPSN was ist sein Temperaturbereich, Sinteradditive, Druck und Anwendung
Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN):
1700-1800 Grad
1% MgO oder 4% Y2O3
→ Schneidekeramik für Gusseisen und NIckelsuperlegierungen
Was sind die Ziele des Reaktionssinterns?
- Herstellung dichter Werkstoffe
- Minimierung der Schwindungen
- Steigerung der Festigkeit
Was bedeuten:
SSiC
HPSiC
HIPSiC
SSiC: drucklos gesintertes SiC
HPSiC: heißgepresstes SiC
HIPSiC: heißisostatisch gepresstes SiC
Was bedeuten:
RSiC
LPSSiC
SiSiC
RSiC: rekristallisiertes SiC
LPSSiC: Flüssigphasengesintertes SiC
SiSiC: Siliziuminfiltriertes SiC
Beschrifte die Abbildung
Beschrifte die Abbildung
Beschrifte die Abbldung
Beschrifte die Abbildung
Wofür stehen
CSiC
RB SiC
CSiC = Silizierte Kohle
RBSiC = Reaktionsgebundenes Siliziumcarbid
