Packungsabhängige viskose Sinterung von Glaspulver aus der Naßabscheidung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Joachim Deubener; Dr. Susanne Selle
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405699578

Sprühen, Pinseln und Tauchen von Glaspulverschlickern sind moderne Auftragstechniken in der Email- und dentalkeramischen Industrie. In den meisten Fällen sind die Verfahrensparameter, welche die Struktur des Grünkörpers und der gebrannten Glassschicht beeinflussen, empirisch bestimmt. Es fehlt ein wissensbasiertes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, die das viskose Sintern kontrollieren. Im Besonderen können nicht-reguläre und inhomogene Packungsstrukturen, die durch die relativ geringen Temperaturen, Adhäsion von sub-Mikrometer Partikelanteilen und kantigen, nicht kugelförmigen Partikeln das Sintern stark beeinflussen. Das Ziel des Projekts ist es daher, ein tieferes Verständnis der sinterkontrollierenden Parameter zu generieren. Dies soll auf der einen Seite durch Untersuchung der 3-dimensionalen Mikrostruktur des Grünkörpers und seiner Veränderungen nach kurzen Brennzeiten mittels Röntgen-Tomographie (XCT),Röntgenmikroskopie (XRM) und TEM-Tomographie erzielt werden, welche die lokalen Partikelkontakte auf der Mikro- und Submikroebene sichtbar werden lassen. Begleitend sind Quecksilber-Porosimetrie und BET-Analysen geplant, um die Entwicklung der gesamten offenen Porosität zu erfassen. Für die Visualisierung der Glaspulversysteme bieten sich XCT und XRM als besonders geeignete Techniken an, da sie zerstörungsfrei Bilddaten mit der benötigten Auflösung zur Verfügung stellen, die eine globale und lokale Interpretation erlauben. Auf der anderen Seite soll die Verdichtung durch Sinterung der Glaspartikel mittels diskrete Beschreibungen der Schrumpfung numerisch modelliert werden, um lokale verdichtende Strukturen zu erfassen. Hierbei soll ein diskretes Sintermodell verwendet werden, welches eine experimentelle Validierung ermöglicht. Dabei werden abhängig von der jeweiligen theoretischen Beschreibung der drei Sinterstufen (Partikelumordnung, Bildung von Sinterhälsen und Sphäroidisierung der Poren) geometrische Parameter der dazugehörigen 3D-Daten genutzt. Die Mikrostruktur der getrockneten Glaspulverabscheidung wird bezüglich der Anteile an Submikro-Partikeln, Breite der Partikelgrößenverteilung und der thermischen Vorgeschichte der Glaspartikel (hohe vs. tiefe fiktive Temperatur) systematisch variiert. Das Sintern sphärischer Glaspartikel soll in diesem Projekt als Referenz bezüglich des Einflusses der Partikelform auf das Packungs- und Umordnungsverhalten dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen