Während des Sinterprozesses von Keramikpulvern treten mehrere physikalische Veränderungen auf. Hier sind die wichtigsten Phasen des Sinterprozesses:
1. Zusammensetzen des Pulvers: In der ersten Phase werden Wasser, Entflockungsmittel, Bindemittel und ungebranntes Keramikpulver gemischt, um einen Schlamm zu erzeugen. Die Zusammensetzung des Pulvers bestimmt die endgültigen Eigenschaften des keramischen Teils, wie Festigkeit, Härte und Temperaturleitfähigkeit.
2. Verdichtung des Pulvers: In dieser Phase wird die Aufschlämmung sprühgetrocknet, um eine Pulverform zu erhalten. Das Pulver wird dann in eine Form gegeben und gepresst, um einen Grünkörper zu bilden. Die Verdichtung kann durch Kalt- oder Warmformpressen erfolgen, wodurch ein dichtes Grünteil mit geringer Trockenschwindung entsteht.
3. Sintern oder Brennen: Der Grünling wird bei niedriger Temperatur erhitzt, um das Bindemittel auszubrennen. Anschließend wird er bei einer hohen Temperatur gesintert. Beim Sintern werden die Keramikpartikel unter ihren Schmelzpunkt erhitzt. Mit steigender Temperatur kommt es zu mehreren Veränderungen:
- Wachstum der Körner: Die feinen keramischen Pulver erfahren ein Kornwachstum, bei dem die einzelnen Teilchen an Größe zunehmen und beginnen, sich neu anzuordnen.
- Umlagerung der Partikel: Die Partikel beginnen sich aufgrund von Kapillarkräften neu anzuordnen. An den Berührungspunkten zwischen den Partikeln können sich einige von ihnen in einer flüssigen Phase auflösen und sich an den Halsbereichen zwischen den Partikeln wieder ausscheiden.
- Verringerung der Porosität: Die im Grünkörper vorhandenen Poren verringern sich oder schließen sich während des Sinterns, was zu einer Verdichtung des Keramikteils führt. Die Verringerung der Porosität wird von Faktoren wie der Ausgangsporosität des Grünkörpers, der Sintertemperatur und der Sinterzeit bestimmt.
- Verdichtung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften: Wenn die Poren beseitigt sind und der keramische Pressling seine volle Dichte erreicht, verbessern sich die mechanischen Eigenschaften des Keramikteils. Die Verdichtung führt zu einer höheren Festigkeit, Härte und anderen mechanischen Eigenschaften.
- Schrumpfung: Keramiken schrumpfen während des Sinterns im Allgemeinen um 20-25 %. Um eine kontrollierte und gleichmäßige Schrumpfung zu erreichen, ist es wichtig, während der Formgebungsphase eine gute, gleichmäßige Rohdichte zu haben.
- Flüssigphasensintern: In einigen Fällen kann während des Sinterns eine flüssige Phase vorhanden sein. Dies ist als Flüssigphasensintern bekannt und wird für Keramiken verwendet, die schwieriger zu verdichten sind. Geringe Mengen von Zusatzstoffen in der Zusammensetzung bilden bei der Sintertemperatur eine Flüssigkeit, die die Umlagerung der Partikel und die Entfernung von Poren erleichtert.
Insgesamt ist das Sintern ein entscheidender Prozess für die Umwandlung eines Pulverpresslings in einen dichten keramischen Gegenstand mit den gewünschten Merkmalen und Materialeigenschaften. Es beinhaltet die Reduzierung der Oberflächenenergie, den Porenschluss und die Verdichtung des keramischen Teils.
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