Sinterwerkstoffe Grundprinzip bei der Herstellung

Sinterwerkstoffe haben den Vorteil, dass verschiedene Aus­gangs­stoffe aufge­schmolzen und anschließend zusammen­gebacken werden können. Prinzipiell kann zwischen dem Fest­phasen­sintern und dem Flüssig­phasen­sintern unterschieden werden. Beim Fest­phasen­sintern verdichten sich die Partikel des Ausgangs­materials. Gleichzeitig werden die Poren­räume aufgefüllt. Im Gegensatz dazu kommt es beim Flüssig­phasen­sintern zu einer Schmelze. Hier entsteht aus einem fein­körnigen oder grob­körnigen Grünkörper ein festes Werkstück, das aber erst nach der Tempe­ratur­behandlung seine endgültige Form und seine endgültigen Eigenschaften annimmt. Das betrifft zum Beispiel die Härte, die Festig­keit und die Temperatur­leitfähig­keit. Die Schmelz­temperatur der Sinter­werkstoffe liegt in der Regel zwischen 1000 und 1200 Grad Celsius.

Sinterwerkstoffe herstellen Welche Besonderheiten gibt es?

Auch wenn die Ausgangs­materialien bei der Herstel­lung der Sinter­werkstoffe stark erhitzt werden, kommt es niemals zu einer Schmelze der Aus­gangs­stoffe. Sie werden zu Beginn des Prozesses in die gewünschte Form des späteren Werk­stückes gebracht. Anschließend kommt es zu einem Ver­pressen der Pulver­massen und damit zur Formung. Ist das geschehen, muss alles getrocknet werden, damit der Prozess ord­nungs­gemäß abgeschlos­sen werden kann. Ein entschei­dender Faktor beim Sintern ist in der Tatsache zu sehen, dass sich der Ausgangs­stoff oder der Grünling in seiner Form und in seinem Aufbau wesentlich verändert. So wird das Volumen deutlich ver­ringert und die allge­meine Festigkeit durch das Entstehen von Sinterhälsen mittels Ober­flächen­diffusion zwischen verschiedenen Partikeln deutlich verbessert.

Das Sinterverfahren Formgebung der Sinterwerkstoffe

Der Prozess der Form­gebung kann in mehrere Abschnitte unter­teilt werden. Hier bei handelt es sich um

• Pressen
• Plastische Form­gebung und Verdichtung
• Abkühlen und Nach­bearbeitung

Pressen

In der Phase des Pressens kann zwischen Trocken­pressen und Feucht­pressen unter­schieden werden. Beim Trocken­pressen liegt der Wasser­gehalt des verwen­deten Rohstoffs unter 7%, während er beim Feucht­pressen über 12% liegt.

Mit dem Trocken­pressen wird die Herstellung von kost­spieligen Form­werk­zeugen ermöglicht, die sich sehr gut für große Serien eignen. Hier ist eine gute Repro­duzier­barkeit und eine hohe Maß­genau­igkeit sehr wichtig. Der gesamte Prozess läuft automatisch ab.

Durch das Feucht­pressen können Sinter­werkstoffe mit komplizierten Geometrien entstehen, die durch eine gleich­mäßige Dichte­verteilung charakte­risiert sind.
Eine weitere Form ist das uniaxiale Pressen, das bei platten­förmigen Körpern zum Einsatz kommt. Hier erfolgt der Press­druck auf den Körper nur in eine Richtung, was für die Riesel­fähigkeit des Ausgangs­stoffes Pulver von großer Bedeutung sein kann.
Beim isosta­tischen Pressen ist der Press­druck in alle Richtungen gleich groß. Dieses Verfahren ist ideal für kleinere Teile mit einer hohe Isotrophie und einer gleich­mäßigen Verdichtung. Außerdem ist es günstig für anspruchs­volle Prototypen sowie bei der Herstellung von Kleinserien.

Plastische Form­gebung und Verdich­tung

Die plastische Form­gebung ist insbe­sondere bei der Herstellung von Sinter­werk­stoffen mit sehr komplexen Geometrien bedeutsam. Bei der Verdichtung kommt es zu einer Hoch­temperatur­behandlung der Aus­gangs­stoffe, wobei Temperatur­bereiche zwischen 800 und 2500 Grad Celsius maßgebend sind. Es ist sehr wichtig, dass die fest­gelegten Temperatur­bereiche immer unterhalb des jeweiligen Schmelz­punktes bleiben.

Abkühlung und Nach­bearbeitung

Um das Verfahren abzu­schließen, sind verschiedene Arbeits­schritte nötig. Besonders wichtig ist es, für eine ausreichende Abkühlung Sorge zu tragen. Bei der Qualitäts­sicherung für Sinter­werkstoffe kommen diverse Verfahren zum Einsatz. Hierbei handelt es sich meistens um die Thermo­gravime­trische Analyse TGA oder die Dilato­metrie. Die TGA ist ein Verfahren zur Messung der Änderung der Masse in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei der Dilato­metrie wird zur Fest­stellung der Längen­änderung eine Probe in Ab­hängigkeit von der Temperatur entnommen.

Der Sinterprozess Vom Anfangsstadium über den Zwischen– bis zum Endbereich

Im Anfangs­stadium des Sinter­prozesses kommt es zur Teilchen­umwandlung. Hier entstehen die Hälse, die eine bis zu 10% höhere Dichte als die Aus­gangs­stoffe aufweisen. Im Gegen­satz dazu schrumpft die Länge des Werk­stoffes.

Der Zwischen­bereich ist durch die allmäh­liche Bildung der Korn­grenzen gekenn­zeichnet. Hier entsteht ein Poren­kanal­system, durch das Gase entwei­chen können. Auf diese Weise wird ver­hindert, dass das Werk­stück platzt. Die Dichte erhöht sich um bis zu 30%, während die Länge um bis zu 10% schrumpft.

Ist der End­bereich erreicht, kommt es zu einem weiteren Korn­wachstum. Größere Körner sind hier in der Lage, kleinere Körner in ihrer Nähe zu verschlucken.

Fertigung & Einsatz Welche Vorteile haben Sinterwerkstoffe?

Sinter­werkstoffe spielen bei der Herstel­lung von Kugeln und Hohl­kugeln eine wichtige Rolle. Dank der Vor­teile von Sinter­werk­stoffe können wir höchst präzise Hohl­kugeln mit Wand­stärken von wenigen Zehntel Milli­metern aus verschie­densten Sinter­werk­stoffen herstellen. Teile aus Sinter­werk­stoffen sind:

• sehr zuverlässig
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• einbaufertig
• ideal für sehr komplexe Formen