Grundlegende Untersuchungen zum Sinterverhalten von Pulversystemen aus beschichteten Teilchen
Final Report Abstract
Im Gegensatz zu Elementpulvermischungen oder fertiglegierten Pulvern, ruft eine Teilchenbeschichtung eine andere Startsituation und demzufolge auch einen modifizierten Ablauf des Sinterprozesses hervor. Das Ziel des Projektes: „Grundlegende Untersuchungen zum Sinterverhalten von Pulversvstemen aus beschichteten Teilchen" war es, die Auswirkungen der Realstrukturentwicklung und des Materialtransports infolge von Heterodiffusion auf die Sinterprozesse zu ermitteln. Wesentliche Einflussfaktoren waren die besonderen geometrischen Verhältnisse (Schicht umgibt vollständig das Teilchen), die Realstruktur der Schichten (feinkristallin), die Art der Schichtkombinationen (schneller diffundierendes Material als Schicht oder als Basis) sowie die gewählte Schichtdicke. Wie mit gleichartig beschichteten Drähten (CuDCus1, NiDNiS, AgDAgS) nachgewiesen werden konnte, beeinflusst bereits die Realstruktur galvanisch abgeschiedener Schichten das Kontaktwachstum. Die in den feinkristallinen Schichten in großer Anzahl vorhandenen Korngrenzen sind Wege hoher Transportleistung. Zusätzlich wirken die in der Schicht eingebauten Versetzungen als Leerstellensenken. Gegenüber den grobkristallinen, verhältnismäßig defektarmen Basisteilchen wird so, vor allem im Sinteranfangsstadium, eine Sinteraktivierung erreicht. Die Heterodiffusion beeinflusst zusätzlich das Sintergeschehen. So konnten anhand beschichteter Drähte und Teilchen (CuD/PNiS, NiD/PCuS, CuD/PAgS, AgD/PCuS) folgende Effekte als wesentliche Einflussgrößen auf das Festphasensintern heterogener Systeme bestimmt werden: • die durch Heterodiffusion veränderte Leerstellenkonzentration im Sinterkontakt, • die Entstehung diffusionsbedingter Poren sowie • die erhöhte Versetzungsdichte, die sich infolge von mischkristallbildungsbedingten Spannungen und infolge unterschiedlicher Ausdehungskoeffizienten bildet. Im Rahmen dieses Projektes wurden zwei Materialkombinationen (Kupfer-Silber, Kupfer-Nickel) betrachtet. Künftige Arbeiten sollten weitere Materialkombinationen einbeziehen, da der Sinterprozess stark von den beteiligten Sinterpartnern (Löslichkeit ineinander, partielle Diffusionskoeffizienten) beeinflusst wird. Es wird erwartet, dass dadurch die Verallgemeinerungsfähigkeit der Aussagen bezüglich sinteraktivierender oder -hemmender Prozesse weiter verbessert werden kann. Dabei sollten auch andere Techniken der Teilchenbeschichtung untersucht werden (z.B. chemische, mechanische oder physikalische Verfahren). Je nach Beschichtungsmethode liegen andere Ausgangsverhältnisse (Realstruktur) für das Sintern vor. Wie nachgewiesen wurde, wird der Sinterprozess sehr stark von der vorliegenden Realstruktur beeinflusst. Die im Projekt genutzte galvanische Beschichtung erzeugt einen hohen Störgrad der Schichten. Dieser kann sich durch Porenbildung nachteilig auf das Sinterverhalten auswirken (Schwellen statt Schwinden). Zusätzlich können durch die Untersuchung verschiedener Beschichtungsmethoden Potenziale für die industrielle Herstellung beschichteter Teilchen aufgezeigt werden. Beschichtete Pulver sind für die Herstellung von Bauteilen mit hohen Genauigkeitsanforderungen, homogener Eigenschafts- und Dichteverteilung zum Erreichen hoher Dichten interessant. Hierfür kann der Vorteil genutzt werden, dass beschichtete Teilchen beim Sintern eine homogen verteilte flüssige Phase ausbilden. Dadurch können Abgleit- und Umordnungsvorgänge selbst bei geringem Schmelzanteil homogen erfolgen. Bisher werden beschichtete Pulver hauptsächlich zur Herstellung von Verschleißschutzschichten sowie zur Erzeugung von Verbundwerkstoffen mit keramischer oder metallischer Matrix eingesetzt. Darüber hinaus haben beschichtete Pulver ein hohes Einsatzpotenzial für innovative Pulvertechnologien wie Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Wet Powder Pouring und Metal Injection Moulding sowie für die Herstellung neuer Werkstoffe (MMC's, neue Werkstoffkombinationen).
Publications
- Sintering behaviour of coated particles investigated by a sintering model. Powder Metallurgy World Congress and Exhibition PM2004 by European Powder Metallurgy Association (EPMA), Vol.2, Vienna, 2004, 67-72
Flemmig K, Wieters K.-P, Kieback B
- The Sintering Behaviour of Coated Particles. Proceedings of the 4th International Conference on Science, Technology and Applications of Sintering, Grenoble, 2005, 21-24
Flemmig K, Wieters K.-P, Kieback B
