Gesinterte Keramik ist aufgrund eines Verfahrens namens Sintern unglaublich stark. Bei diesem Verfahren werden Keramikpartikel durch hohe Hitze und Druck miteinander verschmolzen. Dadurch wird die Porosität verringert und verschiedene mechanische Eigenschaften werden verbessert.
4 Schlüsselfaktoren zum Verständnis der Festigkeit von Sinterkeramik
1. Sinterprozess und Festigkeitsverbesserung
Während des Sinterns werden keramische Werkstoffe Temperaturen von etwa 1200 °C ausgesetzt. Das ist so heiß wie ein Vulkan! Der verwendete Druck übersteigt das Gewicht des Eiffelturms. Durch diese intensive Hitze und den Druck verschmelzen die pulverförmigen oder sandförmigen Materialien miteinander. Dadurch entsteht eine feste Platte mit geringerer Porosität.
Die Verringerung der Porosität ist sehr wichtig. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der erhöhten Festigkeit und Haltbarkeit der Keramik. Der Sinterprozess beinhaltet auch die Diffusion von Atomen. Dies trägt zur Beseitigung kleiner Poren und zur Bildung einer Festkörper-Grenzfläche mit geringerer Energie bei. Diese mikrostrukturelle Veränderung trägt wesentlich zur Gesamtfestigkeit der gesinterten Keramik bei.
2. Materialzusammensetzung und Festigkeit
Die Festigkeit von Sinterkeramik kann durch Anpassung der Zusammensetzung der verwendeten Werkstoffe noch weiter angepasst werden. Sinterkeramiken werden in Silikat-, Nichtoxid- und Oxidkeramiken unterteilt. Jeder Typ hat einzigartige Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen optimiert werden können.
So kann zum Beispiel durch Hochdruck-Sintern die volle Dichte von Hochleistungskeramik erreicht werden. Dadurch werden Eigenschaften wie Biegefestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit verbessert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von feinkörnigen Materialien beim Sintern. Er erhöht die Bindungsfläche, die für die Festigkeit und Leitfähigkeit der Keramik entscheidend ist.
3. Umwandlung während des Sinterns
Im Falle von Zirkoniumdioxid wird das Material durch das Sintern von einem monoklinen in einen polytetragonalen Kristallzustand umgewandelt. Dadurch erhöhen sich die Teilchendichte, die Festigkeit und die Transluzenz des Materials erheblich. Diese Umwandlung ist ein deutliches Beispiel dafür, wie das Sintern die mechanischen Eigenschaften von Keramiken dramatisch verändern kann. Es macht sie unglaublich stark und haltbar.
4. Kontrollierte Anwendung von Wärme und Druck
Die Festigkeit von Sinterkeramik ist das Ergebnis der kontrollierten Anwendung von Wärme und Druck während des Sinterprozesses. Dadurch wird die Porosität verringert, die Partikel verschmelzen und die verschiedenen mechanischen Eigenschaften werden verbessert. Die Möglichkeit, die Zusammensetzung und die Sinterbedingungen zu manipulieren, ermöglicht die Herstellung von Keramik mit maßgeschneiderter Festigkeit und anderen gewünschten Eigenschaften.
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