Die Wirkung des Sinterns auf Keramik besteht in erster Linie darin, die Porosität zu verringern und verschiedene Eigenschaften wie Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Transparenz und Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Bei diesem Prozess werden die Keramikpartikel durch Hitze und manchmal auch durch Druck verfestigt, was zu einem dichteren und festeren Material führt.
Verringerung der Porosität:
Während des Sinterns führt die Diffusion von Atomen dazu, dass die Grenzfläche zwischen den Pulverteilchen verschwindet, wodurch eine Halsverbindung entsteht und schließlich kleine Poren beseitigt werden. Diese Verdichtung wird durch die Abnahme der gesamten freien Energie aufgrund der Verringerung der Oberfläche und der freien Oberflächenenergie vorangetrieben. Durch die Ersetzung der Feststoff-Dampf-Grenzfläche durch eine Feststoff-Feststoff-Grenzfläche wird der Energiezustand des Materials gesenkt. Dieser Prozess ist bei kleineren Partikelgrößen effektiver, da mit kleineren Krümmungsradien höhere Energieänderungen verbunden sind.Verbesserung der Materialeigenschaften:
Die mit der Partikelgröße verbundene Bindungsfläche ist entscheidend für Eigenschaften wie Festigkeit und Leitfähigkeit. Durch das Sintern wird die pulverförmige Struktur des Materials verfestigt, was zu einer Verringerung der Porosität und einer Erhöhung der Dichte führt. Diese Verfestigung wird durch hohe Temperaturen begünstigt und kann durch das Vorhandensein einer flüssigen Phase während des Sinterns noch verstärkt werden. So wandelt sich beispielsweise Zirkoniumdioxid während des Sinterns von einem monoklinen in einen polytetragonalen kristallinen Zustand um, wodurch sich seine Dichte, Festigkeit und Transluzenz deutlich erhöhen.
Kontrollvariablen:
Die wichtigsten Variablen, die während des Sinterns kontrolliert werden, sind die Temperatur und die anfängliche Korngröße, da der Dampfdruck temperaturabhängig ist. Die Anwendung von Druck kann die Sinterzeit und die daraus resultierende Porosität verkürzen, obwohl mit bestimmten Techniken und Materialien auch ein druckloses Sintern möglich ist.
Anwendung in der Keramikherstellung:
