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werkstoffkunde 2 > Keramik: Sintern > Flashcards

Keramik: Sintern Flashcards

1
Q

Was sind Sintern und welche Ziele gibt es?

A

Wärmebehandlung von Materialine, die aus Pulvern bestehen und unter Einwirkung von Temperatur, Zeit und äußerem Druck Kontaktbrücken bilden

–> Ziele sind eine Erhöhung der Festigkeit (durch Verdichtung) oder Porosität

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2
Q

Welche Transportmechanismen gibt es bei Sintern und welchen Effekt haben sie auf die Verdichtung?

A

Oberflächentransport → keine Verdichtung

• Oberflächendiffusion OD •

Verdampfung/Kondensation VK

• Gitterdiffusion GD

Volumentransport → Verdichtung

  • plastische Verformung PV
  • Korngrenzendiffusion KD •

Gitterdiffusion GD

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3
Q

Zeichne die Wirkrichtungen von Oberflächen- und Volumentransport in die Zeichnung ein

A
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4
Q

Welche Faktoren beeinflussen den Sinterprozess und was können Fehler bewirken?

A

-Temeratur/Zeit Ablauf beim Aufheizen, Sintern und Abkühlen

–> zu schnelles heizen für zu Binderausbrand und Rissen im Grünkörper oder Binderrückständen, wenn Verdichtung einsetzt, bevor Binder ausgebrannt ist

-Sintertemperatur

–> zu gering, keine vollständige Verdichtung

geeignete Atomosphäre

–> unerwünschte Reaktionen (SiC wird zu Si-Oxid)

-Sinterdauer

–> zu lang kommt Kornvergröberung

Homogenität des Ofens

–> schwankende Temp. führt zu Dichteunterschieden

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5
Q

Anwendungsbeispiele Siliziumcarbid

A

Wärmetauscher

Gleitlager

Matrizen

Brennelemente

Halbleiterindustrie

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6
Q

Welche Varrianten von SiC gibt es?

A

Einphasiges SiC:

-rekristalisiertes (RSiC) (Tsin > 2000 Grad)

SiC-Verbundwerkstoffe:

  • Siliziumfähiges SiC (SiSic)
  • Siliziertes SiC (CSiC)
  • gesintertes SiC (GSiC)
  • Heißgepresstes (HPSiC)
  • Heißisostatisches gepresstes SiC (HiPSiC)
  • -> Tsin 1900-2200 Grad

Reaktionsgebundes SiC (RBSiC)

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7
Q

Welche Arten des Sinterns gibt es + nenne Beispiele für Stoffe, die auf diejenigen Arten gesintert werden?

A
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8
Q

Wie entstehen die Sinterhälse?

A

→ durch Stofftransport durch Diffusion von Atomen an den Kontaktflächen

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9
Q

Beschrifte die Abbildung

A
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10
Q

Welche Phänomen findet man beim Sintern vor?

A
  1. Abnahme der Porengröße zur Verdichtung der Sinterlings aufgrund der Ausbildung von Sinterhälsen
    → Verringerung der Grenzflächenenergie
  2. Vereinigen von Poren durch Vergröberung
    → Verrinerung der Oberflächenenergie
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11
Q

Wie nennt man die drei Phasen des Festphasensinterns?

A
  1. Anfangsstadium
  2. Zwischenstadium
  3. Endstadium
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12
Q

Welche beiden Arten des Stofftransports gibt es beim Sintern und was sind ihre Mechanismen?

A
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13
Q

Welchen Einfluss hat die Krummung der Oberfläche auf die vorliegende Art der Spannung?

A
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14
Q

In welchen Systemen stellt der Mechanismus Verdampfung - Kondensation eine Rolle?

A

Manganoxid

Zinkoxid

Nickeloxid

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15
Q

Welcher Diffusionsmechanismus hat den größten Koeffizienten?

A
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16
Q

Zeichne den Verlauf der Temperatur über der Zeuit während des Sinterns und das Verdichtungsdiagramm auf

A
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17
Q

Ordne die Mechanismen beim Sintern der Korngrößenabhängigkeit nach an

A
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18
Q

Vervollständige die Abbildung

A
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19
Q

Wie wird der Mechanismus genannt, der zum Kornwachstum führt?

A

Ostwaldreifung

20
Q

Was sind die Unterschiede zwischen dem idealen und realen Fertigungsprozess beim Sintern?

A

ideal:

  • alle Partikel sind gleichgroß
  • jedes Korn besteht auf einen kristallographischen Korn, was im Endstadium ein seitiges pentagonales Dokekahedron ist

real:

  • einige Körner wachsen auf Kosten kleiner Körner
  • es kommt zur Ostwald Reifung
21
Q

Was ist die Faustregel für das Wachstum von Körnern?

A
22
Q

Mit welcher Formel kann das Kornwachstum berechnet werden?

A
23
Q

Welche Oxide können zur Beeinflussung des Kornwachstums eingesetzt werden. Inwiefern beeinflussen sie das Kornwachstum und welcher prozentueller Anteil wird hierfür benötigt?

A
  1. MgO:
    - wird im Gitter gelöst und wirkt Wachstumshemmend
    → 250 ppm werden benötigt
  2. ZrO2;:
    - ist in Al2O3 unlöslich und verringert das Korngrenzenwandern über feiner Ausscheidungen (Dispersionen) an den Korngrenzen
    → 10% werden benötigt
24
Q

Wie entwickelt sich der Verlauf der Porosität über das Sintern?

A

zu Beginn 30% Gesamtporosität. davon hauptsächlich offene Poren

am Ende fast keine Porosität mehr, davon hauptsächlich geschlossene Poren

25
Q

Welche Mechanismen wirken beim Porenwachstum?

A
26
Q

Was ist Flüssigphasensintern

A

Sintern mit mindestens einer flüssigen Phase (1-25 vol-%) bei Sintertemperatur

27
Q

Beschrifte die Abbildung

A
28
Q

Welche drei Mechanismen kommen beim Flüssigphasensintern zu tragen?

A
  1. Teilchenumordnung (ca. 80% der Gesamtverdichtung)
  2. Lösung/Wiederaussscheidung
  3. Skelletsinterung
29
Q

Was muss in Bezug auf die Löslichkeiten der festen und flüssigen Phase zueinander sichergestellt sein, um einen Sintererfolg zu garantieren?

A
30
Q

Was sind zwei Stoffe, die mittels Flüssigphasensintern entstehen können?

A

Al2O3

SiC (geht nur mit FPS)

31
Q

Was bedeutet LPSSiC?

A

Liquid Phase Sinteing SiC

32
Q

Was sind zwei Vorteile beim Flussigphasensintern?

A
  1. Beschleunigung des Sintervorgangs (durch Absenken der Sintertemperatur)
  2. Verdichtung auf nahezu voller Dichte beim drucklosen Sintern
33
Q

Nenne ein Beispiel für einen Flüssigphasenbildner

A

5 % Ca-Mg-Al-Silikat-Glasphase

34
Q

Welche Gasmedien werden häufig bei der HIP genutzt?

A

Argon

Stickstoff

35
Q

Was sind zusätzliche Verdichtungsmechanismen, die beim HP und HIP wirken?

A

Plastisches Fließen
• Versetzungskriechen
• Korngrenzengleiten

→ Vollständige Verdichtung bis zur theoretischen Dichte ist möglich.

36
Q

Was sind Vorteile des druckunterstützten Sinterns:

A
  • Sinterzeiten werden verkürzt.
  • Sintertemperatur kann reduziert werden.
  • Vollständige Verdichtbarkeit schwer sinterbarer Systeme (SiC, Si3N4 , B4C)
37
Q

Was bedeutet HPSiC, was ist sein Temperaturbereich, Sinteradditive, Druck und Anwendung

A

Heißgepresstes Siliziumkarbid (HPSiC):

2000 Grad

50 MPa

Bor- sowie Aluminiumhaltige Additive

→ thermisch beanspruchte Ventilstößel werden hergestellt

38
Q

Was bedeutet HPSN was ist sein Temperaturbereich, Sinteradditive, Druck und Anwendung

A

Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN):

1700-1800 Grad

1% MgO oder 4% Y2O3

→ Schneidekeramik für Gusseisen und NIckelsuperlegierungen

39
Q
A
40
Q

Was sind die Ziele des Reaktionssinterns?

A
  • Herstellung dichter Werkstoffe
  • Minimierung der Schwindungen
  • Steigerung der Festigkeit
41
Q

Was bedeuten:

SSiC

HPSiC

HIPSiC

A

SSiC: drucklos gesintertes SiC

HPSiC: heißgepresstes SiC

HIPSiC: heißisostatisch gepresstes SiC

42
Q

Was bedeuten:

RSiC

LPSSiC

SiSiC

A

RSiC: rekristallisiertes SiC

LPSSiC: Flüssigphasengesintertes SiC

SiSiC: Siliziuminfiltriertes SiC

43
Q

Beschrifte die Abbildung

A
44
Q

Beschrifte die Abbildung

A
45
Q

Beschrifte die Abbldung

A
46
Q

Beschrifte die Abbildung

A
47
Q

Wofür stehen

CSiC

RB SiC

A

CSiC = Silizierte Kohle

RBSiC = Reaktionsgebundenes Siliziumcarbid

werkstoffkunde 2 (14 decks)

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