Das Sintern von Keramik ist ein Verfahren, bei dem keramische Werkstoffe auf eine hohe Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes erhitzt werden. Dies führt zu einer Verfestigung und Verdichtung des Materials durch Verringerung der Porosität und Erhöhung der Teilchendichte. Dieser Prozess verbessert die mechanischen Eigenschaften, die Festigkeit und manchmal auch die Lichtdurchlässigkeit der Keramikteile.
Was ist Sintern in der Keramik? Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Erhitzung und Partikelbindung
Beim Sintern werden Keramikpulver auf hohe Temperaturen erhitzt, die jedoch noch unter dem Schmelzpunkt des Materials liegen. Diese Temperatur ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Bindung der Partikel ermöglicht, ohne dass das Material schmilzt. Die zugeführte Wärmeenergie erleichtert die Bewegung der Atome, was zur Verringerung der Oberflächenenergie beiträgt, indem die Dampf-Festkörper-Grenzflächen zwischen den Teilchen verringert werden.
2. Verdichtung und Verringerung der Porosität
Wenn sich die Partikel verbinden, verkleinern sich die vorhandenen Poren im Material oder schließen sich ganz. Dieser Prozess der Porenbeseitigung führt zu einer Verdichtung, bei der die Gesamtdichte des keramischen Materials zunimmt. Die Verdichtung ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die mechanischen Eigenschaften der Keramik auswirkt und sie haltbarer und widerstandsfähiger gegen äußere Kräfte macht.
3. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Die Verringerung der Porosität und die Erhöhung der Dichte führen zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Keramik. Zu diesen Eigenschaften gehören erhöhte Festigkeit, Härte und manchmal auch Transluzenz, je nach dem spezifischen gesinterten Keramikmaterial. Zirkoniumdioxid beispielsweise erfährt während des Sinterns eine strukturelle Umwandlung von einem monoklinen in einen polytetragonalen kristallinen Zustand, was seine Festigkeit und Transluzenz erhöht.
4. Schrumpfung und Endbearbeitung
Beim Sintern kommt es häufig zu einer gewissen Materialschrumpfung, die bei der Konstruktion und Herstellung berücksichtigt werden muss. So schrumpft beispielsweise Zirkoniumdioxid während des Sinterns um etwa 25 %. Diese Schrumpfung ist ein entscheidender Faktor für das Erreichen der gewünschten Endmaße und Eigenschaften des Keramikteils.
5. Zusätzliche Faktoren und Techniken
Der Sinterprozess wird zwar in erster Linie durch Wärme angetrieben, doch können zusätzliche Faktoren wie Druck oder elektrische Ströme zur Verbesserung des Konsolidierungsprozesses eingesetzt werden. Techniken wie das heißisostatische Pressen werden eingesetzt, um durch gleichzeitige Anwendung von hohem Druck und hoher Temperatur komplexe 3D-Formen zu erzeugen.
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