Die Temperatur beim Sintern von Keramik hängt von der jeweiligen Keramiksorte und den gewünschten Eigenschaften ab.
So wird Zirkoniumdioxid optimal bei etwa 1500℃ gesintert, während für Borcarbid Temperaturen von 2250-2300 ℃ erforderlich sind, um es effektiv zu sintern.
1. Sintertemperatur von Zirkoniumdioxid
Zirkoniumdioxid, eine Art von Hochleistungskeramik, weist eine maximale Festigkeit auf, wenn es bei etwa 1500℃ gesintert wird.
Diese Temperatur ist kritisch, da Abweichungen von nur 150℃ über oder unter dieser optimalen Temperatur die Festigkeit des Materials erheblich verringern können.
So sinkt beispielsweise die Festigkeit von Zirkoniumdioxid von etwa 1280 MPa bei 1500℃ auf etwa 980MPa bei 1600℃ und weiter auf nur etwa 600MPa bei 1700℃.
Diese drastische Verringerung der Festigkeit wird auf unkontrolliertes Kornwachstum bei höheren Temperaturen zurückgeführt, das auch zu geringerer Stabilität und möglicher Rissbildung führen kann.
Außerdem können zu hohe Temperaturen die Transluzenz von Zirkoniumdioxid beeinträchtigen, was unterstreicht, wie wichtig es ist, die vom Hersteller empfohlene Sinterkurve einzuhalten.
2. Sintertemperatur von Borkarbid
Borkarbid, das für seine starke kovalente Bindung bekannt ist, stellt ein schwierigeres Sinterszenario dar.
Aufgrund seiner starken Bindung benötigt Borkarbid extrem hohe Temperaturen, in der Regel etwa 2250-2300 ℃, um unter Normaldruck effektiv zu sintern.
Bei diesen Temperaturen kommt der Mechanismus der Volumendiffusion zum Tragen, der für die Beseitigung von Poren und die Diffusion an den Korngrenzen erforderlich ist.
Das Sintern bei solch hohen Temperaturen führt jedoch auch zu einem schnellen Kornwachstum und zur Bildung von Restporen, was die Kompaktheit und die Gesamtqualität des Materials beeinträchtigen kann.
3. Allgemeines Sinterverfahren
Der allgemeine Sinterprozess für Keramik umfasst mehrere Stufen:
- Bildung einer Aufschlämmung: Eine Mischung aus Wasser, Bindemittel, Entflockungsmittel und ungebranntem Keramikpulver wird gleichmäßig zu einem Schlamm vermischt.
- Sprühtrocknung: Die Aufschlämmung wird durch Sprühtrocknung zu einem Pulver verarbeitet.
- Formung des Grünlings: Das sprühgetrocknete Pulver wird in eine Form gepresst, um einen Grünkörper herzustellen.
- Ausbrennen des Bindemittels: Der Grünkörper wird bei niedriger Temperatur erhitzt, um das Bindemittel zu entfernen.
- Hochtemperatursintern: Im letzten Schritt wird die Keramik bei hohen Temperaturen erhitzt, um die Partikel zu verschmelzen. Dieser Prozess geht mit einer erheblichen Materialschrumpfung einher, da die Glasphase fließt und die Pulverstruktur aufnimmt, wodurch die Porosität verringert wird.
4. Techniken und Überlegungen
Je nach Keramiktyp und gewünschtem Ergebnis werden verschiedene Sintertechniken eingesetzt.
So ist zum Beispiel das drucklose Sintern üblich, aber es können auch zusätzliche äußere Kräfte wie Druck angewendet werden, wie beim heißisostatischen Pressen.
Die Wahl des Sinterverfahrens und der Temperatur ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten physikalischen Eigenschaften und der strukturellen Integrität des Keramikprodukts.
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