Das Sintern ist ein wichtiger Prozess in der Keramikherstellung. Dabei werden keramische Pulver unter ihren Schmelzpunkt erhitzt, um sie zu einem dichten und festen Material zu verfestigen.
Warum wird das Sintern zur Verarbeitung keramischer Werkstoffe eingesetzt? 4 Hauptgründe
1. Verfestigung keramischer Pulverpartikel
Das Sintern beginnt mit Keramikpulvern, die auf eine Temperatur knapp unterhalb ihres Schmelzpunktes erhitzt werden. Diese Temperatur reicht aus, um die Diffusion von Material von den Partikeln zu ihren Nachbarn einzuleiten, wodurch sie sich verbinden und verfestigen.
Der Konsolidierungsprozess ist entscheidend für die Bildung einer festen, integralen Struktur aus dem anfänglich losen und porösen Pulver.
2. Verringerung der Oberflächenenergie
Die treibende Kraft hinter der Sinterung ist die Verringerung der Oberflächenenergie. Wenn sich die Partikel erwärmen, sinkt ihre Oberflächenenergie aufgrund der Verringerung der Dampf-Festkörper-Grenzflächen.
Diese Verringerung tritt ein, weil sich die Partikel miteinander verbinden und so ihre Gesamtoberfläche, die der Dampfphase ausgesetzt ist, effektiv verringern. Diese Bindung ist thermodynamisch günstig und führt zu einer Verdichtung des Materials.
3. Verkleinerung oder Schließung der Poren
Während des Sinterns verkleinern sich die Poren, die anfangs im "Grünling" (dem ungesinterten keramischen Körper) vorhanden sind, oder schließen sich ganz.
Dieser Prozess wird durch das Fließen der glasartigen Phasen bei hohen Temperaturen und die Diffusion des Materials zwischen den Partikeln begünstigt. Die Verringerung der Porosität führt zu einem dichteren Material, was für die Verbesserung der mechanischen Festigkeit und der Haltbarkeit der Keramik wesentlich ist.
4. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Durch das Schließen der Poren und die Verdichtung des Materials werden die mechanischen Eigenschaften der Keramik, wie Festigkeit, Härte und Haltbarkeit, deutlich verbessert.
Das Fehlen von Hohlräumen und die starken Bindungen zwischen den Partikeln führen zu einem Material, das höheren Belastungen standhält und verschleißfest ist. Dadurch eignet sich Sinterkeramik für ein breites Spektrum von Anwendungen, von Industriekomponenten bis hin zu Konsumgütern.
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