Druck wirkt sich erheblich auf die Porosität aus, insbesondere bei Verfahren wie Sintern und isostatischem Pressen.
Durch die Anwendung von Druck kann die für das Sintern benötigte Zeit verkürzt werden.
Die endgültige Porosität des Materials kann ebenfalls minimiert werden.
Dieser Effekt ist entscheidend für die Verbesserung der Materialeigenschaften wie Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
1. Einfluss des Drucks auf den Sinterprozess
Verkürzung der Sinterzeit und Verringerung der Porosität: Die Anwendung von Druck während des Sinterns kann die für das Sintern benötigte Zeit und die endgültige Porosität des keramischen Materials erheblich reduzieren.
Der Druck fördert die Diffusion der Partikel, die für die Verdichtung des Materials unerlässlich ist.
Verbesserung der Materialeigenschaften: Die Verringerung der Porosität durch den Druck verbessert die Lichtdurchlässigkeit, Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit des Materials.
Dadurch wird das Material für verschiedene industrielle Anwendungen besser geeignet.
2. Mechanismus des isostatischen Pressens
Gleichmäßige Druckausübung: Beim isostatischen Pressen wird ein gleichmäßiger Druck aus allen Richtungen auf das in einer flexiblen Membran eingeschlossene Pulvergemisch ausgeübt.
Dieser gleichmäßige Druck trägt dazu bei, die Porosität der Pulvermischung wirksam zu verringern.
Verdichtung des Pulvergemischs: Die Einkapselung und die Anwendung des isostatischen Drucks führen zu einer Verdichtung des Pulvergemischs, wodurch ein Material mit geringerer Porosität und verbesserten mechanischen Eigenschaften entsteht.
3. Stadien des Heißpressens Sinterns
Frühe Phase des Heißpressens: In der Anfangsphase führt die Anwendung des Heißpressdrucks zu einem schnellen Anstieg der Dichte von 5-60% auf 90%.
Diese Phase ist durch eine Umlagerung der Partikel, eine lokale Fragmentierung und das Auffüllen großer Aggregatspalten unter Druck gekennzeichnet.
Mittleres und spätes Stadium des Heißpressens: In der mittleren Phase treten Stoffübertragungsmechanismen wie die druckbedingte Raumpunktausbreitung und das Verschwinden der Porosität an den Korngrenzen auf.
In der Spätphase verlangsamt sich die Verdichtungsrate, da sich die Partikelgrenzdrücke dem Gleichgewicht nähern.
4. Beziehung zwischen Druck und Porosität
Umgekehrte Proportionalität: Die Kompressionswellengeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Porosität.
Wenn also der effektive Druck zunimmt, nimmt die Porosität ab, was zu einem Anstieg der Kompressionswellengeschwindigkeit führt.
Diese Beziehung verdeutlicht die entscheidende Rolle des Drucks bei der Kontrolle der Porosität von Materialien.
Wenn ein Einkäufer von Laborgeräten diese wichtigen Punkte versteht, kann er fundierte Entscheidungen über die Anwendung von Druck in verschiedenen Prozessen treffen, um das gewünschte Maß an Porosität und Materialeigenschaften zu erreichen.
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