Als wichtiger Bestandteil technischer Werkstoffe und Funktionsmaterialien bieten moderne Keramikwerkstoffe breite Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen neue Energie, Kommunikationselektronik, Halbleiter, Luft- und Raumfahrt und anderen Industriebereichen. Da Keramikpulver jedoch meist ionische oder kovalente Bindungen aufweist, ist der traditionelle Sinterprozess zur Herstellung dichter keramische Materialien erfordert eine höhere Sintertemperatur und eine längere Haltezeit, was zwangsläufig zu Kornvergröberung und Porositätsrückständen führt und dann die Eigenschaften von beeinträchtigt Keramikspritzguss. Um zu reduzieren Metallsintern Temperatur, Verkürzung der Sinterzeit, Verbesserung der Sinterdichte und Materialeigenschaften, Forscher haben eine Vielzahl neuer Sintertechnologien entwickelt.
Funkenplasmasintern (SPS)
Die SPS-Technologie ist eine neue Art der Schnellsintertechnologie, die in der akademischen Welt breite Beachtung findet und untersucht wird. Abb. 1 zeigt ihr Funktionsprinzip.
Die SPS-Technologie war Vorreiter bei der Einführung eines Gleichstromimpulsstroms in die Sinterprozess. Der Eindringkörper fungiert als Träger für den Strom, der hindurchfließt, während Druck auf das Material ausgeübt wird. Anders als herkömmliche Sintertechniken, die typischerweise die Strahlungserwärmung eines Heizkörpers verwenden, nutzt SPS die thermische Wirkung eines starken elektrischen Stroms, der durch eine Form oder eine leitende Probe fließt, um das Material zu erhitzen. Für isolierende Proben wird üblicherweise Graphit mit guter elektrischer Leitfähigkeit als Formmaterial verwendet, und die Widerstandswärme der Form wird genutzt, um die Probe schnell aufsteigen zu lassen. Bei leitfähigen Proben kann eine isolierende Form verwendet werden, um einen Strom direkt durch die Probe zu erhitzen. Die Heizrate kann 1000 °C/min erreichen. Wenn die Probentemperatur den eingestellten Wert erreicht, kann das Sintern nach kurzer Wärmespeicherung abgeschlossen werden.
Die SPS-Technologie bietet die Vorteile einer niedrigen Sintertemperatur, einer kurzen Haltezeit, einer schnellen Heizrate, eines einstellbaren Sinterdrucks und einer Mehrfeldkopplung (elektrisch-mechanisch-thermisch).
Flash-Sintern (FS)
Die FS-Technologie wurde erstmals 2010 von Cologna et al. von der University of Colorado vorgestellt, basierend auf der Untersuchung der feldunterstützten Metallpulver-Sintertechnologie (FAST).
Die FS-Technologie umfasst hauptsächlich drei Prozessparameter: Ofentemperatur (Tf), Feldstärke (E) und Stromstärke (J). Abbildung 3C zeigt den Verlauf der einzelnen Parameter im traditionellen FS-Prozess. In diesem Modus wird ein konstantes elektrisches Feld an das Material angelegt, und die Ofentemperatur steigt konstant an. Bei niedriger Ofentemperatur ist der spezifische Materialwiderstand hoch und der durch das Material fließende Strom gering. Mit steigender Ofentemperatur sinkt der spezifische Materialwiderstand, und die Stromstärke steigt allmählich an. Diese Phase wird als Inkubationsphase bezeichnet und das System ist spannungsgeregelt. Erreicht die Ofentemperatur die kritische Temperatur, sinkt der spezifische Materialwiderstand schlagartig, die Stromstärke steigt stark an, und es kommt zur FS. Da die Feldstärke zu diesem Zeitpunkt noch stabil ist, erreicht die Systemleistung (W = EJ) schnell die Leistungsgrenze der Stromversorgung, und das System wechselt von Spannungsregelung auf Stromregelung (FS-Phase). Steigt der spezifische Materialwiderstand nicht mehr, stabilisiert sich die Feldstärke wieder, und der Sinterprozess tritt in die stabile Phase, die Isolationsphase der FS, ein. Nach der Isolationsphase endet ein vollständiger FS-Prozess.
Im Vergleich zum herkömmlichen Sintern bietet FS folgende Vorteile: Verkürzung der Sinterzeit und Reduzierung der zum Sintern erforderlichen Ofentemperatur, Hemmung des Kornwachstums, Erzielung eines Nichtgleichgewichtssinterns, einfache Ausrüstung, niedrige Kosten.
Beitragszeit: 07.06.2022