Das Sintern ist ein entscheidender Prozess bei der Herstellung von Keramiken. Dabei werden Keramikpulverpartikel auf eine hohe Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes erhitzt. Dieses Verfahren ist für die Verringerung der Porosität, die Erhöhung der Teilchendichte und die Verbesserung verschiedener Eigenschaften wie Festigkeit, Härte und chemische Stabilität von entscheidender Bedeutung.
Warum werden Keramiken gesintert? 5 Hauptgründe werden erklärt
1. Verringerung der Porosität und Erhöhung der Partikeldichte
Beim Sintern werden die keramischen Werkstoffe auf Temperaturen unterhalb ihres Schmelzpunkts erhitzt. Dies führt dazu, dass die Pulverpartikel diffundieren und sich miteinander verbinden. Durch diese Bindung verringert sich die Gesamtporosität des Materials. Die Poren zwischen den Partikeln verkleinern sich oder schließen sich. Die Verringerung der Porosität führt zu einer Erhöhung der Partikeldichte. Dies ist entscheidend für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Keramik.
2. Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften
Durch den Sinterprozess wird das keramische Material nicht nur verfestigt, sondern es werden auch seine mechanischen Eigenschaften erheblich verbessert. So wandelt sich beispielsweise vorgesintertes Zirkoniumdioxid während des Sinterns von einer monoklinen Kristallstruktur in einen polytetragonalen Zustand um. Das Ergebnis ist ein Werkstoff, der extrem hart, dicht und fest ist. Diese Umwandlung geht mit einer erheblichen Steigerung der Festigkeit und Transluzenz einher. Dadurch eignet sich die gesinterte Keramik für verschiedene Anwendungen, bei denen Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit entscheidend sind.
3. Einsatz von Wärme und Druck
Die Sinterung wird in der Regel durch hohe Temperaturen angetrieben. Es kann aber auch Druck angewendet werden, insbesondere bei Verfahren wie dem heißisostatischen Pressen. Der Einsatz von Druck kann die Verfestigung des Materials weiter verbessern und die Sinterzeit verkürzen. In einigen Fällen wird das drucklose Sintern eingesetzt, insbesondere bei abgestuften Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen und Sinterhilfsmitteln in Form von Nanopartikeln. Auch damit kann eine effektive Verfestigung und Verdichtung erreicht werden.
4. Die Rolle der organischen Zusatzstoffe
Einige keramische Rohstoffe erfordern aufgrund ihrer geringeren Plastizität und ihrer Affinität zu Wasser die Zugabe von organischen Bindemitteln vor der Sinterung. Diese Zusatzstoffe helfen bei der Formgebung des Materials und erleichtern den Sinterprozess. Sie sorgen für eine kohäsivere Struktur, die den hohen Temperaturen und Drücken standhält.
5. Umweltbeständigkeit
Sinterkeramik ist aufgrund ihrer dichten und festen Struktur sehr widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse wie UV-Strahlen, extreme Temperaturen, Wasser und Flecken. Dies macht sie ideal für Anwendungen im Freien und bei hoher Beanspruchung.
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