Pulver und Keramik
Diese Verfahren bauen massive Teile aus Pulvern oder Flüssigkeiten auf, statt Metall zu schmelzen oder einen Block zu zerspanen. Alle beruhen auf dem Sintern: dem Erhitzen gepackter Teilchen unterhalb ihres Schmelzpunkts, bis sie sich zu einem Feststoff verbinden. Was sich von Verfahren zu Verfahren ändert, ist, wie die Teilchen geformt werden und wie Wärme und Druck aufgebracht werden.
Die große Idee
Sintern ist die Art, wie Teilchen ohne Schmelzen aneinander haften. Wo sich zwei Teilchen berühren, wandern Atome über die Kontaktstelle (Diffusion) und bauen eine feste Brücke, einen Hals, auf. Wenn die Hälse wachsen, schrumpfen die Lücken zwischen den Teilchen (Poren), sodass das Teil dichter und meist etwas kleiner wird. Denken Sie an eine Schüssel Schneebälle, die über Nacht stehen bleibt: Sie schmelzen nie, und doch sind sie am Morgen zu einem Klumpen verschmolzen. Druck beschleunigt das, indem er die Teilchen zusammendrückt; schnelles oder inneres Erhitzen spart Zeit und hält die winzigen Kristalle fein.
Die 6 Verfahren in diesem Kapitel
9.1Pulvermetallurgie (Pressen und Sintern)Pulver in einer Matrize pressen, dann im Bandofen sinternLektion öffnen
9.2Metallpulverspritzguss (MIM)Eine Pulver-Binder-Paste abformen, den Binder entfernen, sinternLektion öffnen
9.3Heißisostatisches Pressen (HIP)Von allen Seiten mit heißem Argon pressen, um Poren zu schließenLektion öffnen
9.4Spark-Plasma-Sintern (SPS)Pulsierender Strom erhitzt eine gepresste Graphitmatrize in MinutenLektion öffnen
9.5MikrowellensinternMikrowellen erhitzen das Teil von innenLektion öffnen
9.6Sol-Gel-VerfahrenEine Flüssigkeit erstarrt zu einem Gel, wird dann getrocknet und gebranntLektion öffnenIm direkten Vergleich
| Verfahren | In einer Zeile | Am besten für | Losgröße | Präzision |
|---|---|---|---|---|
| 9.1Pulvermetallurgie (Pressen und Sintern) | Pulver in einer Matrize pressen, dann im Bandofen sintern | Kleine Zahnräder, Buchsen, Teile mit einfachem Umriss | 10.000 bis Millionen pro Jahr | Etwa ±0,05–0,1 mm |
| 9.2Metallpulverspritzguss (MIM) | Eine Pulver-Binder-Paste abformen, den Binder entfernen, sintern | Winzige, komplexe, nahezu dichte Stahlteile | 10.000 bis Millionen pro Jahr | Etwa ±0,3–0,5 % eines Maßes |
| 9.3Heißisostatisches Pressen (HIP) | Von allen Seiten mit heißem Argon pressen, um Poren zu schließen | Kritische Gussteile, gedruckte Teile, Pulver in Kapseln | Ein Teil bis volle Ofenladungen | Form bleibt erhalten; nur die Poren schrumpfen |
| 9.4Spark-Plasma-Sintern (SPS) | Pulsierender Strom erhitzt eine gepresste Graphitmatrize in Minuten | Harte Keramiken und neue Materialien als Scheiben | Einzelstücke, kleine Serien | Roh; anschließend geschliffen |
| 9.5Mikrowellensintern | Mikrowellen erhitzen das Teil von innen | Keramiken wie Dental-Zirkoniumdioxid | Laborarbeit bis kleine Serien | Wie bei anderem Sintern etwa ±0,5–1 % |
| 9.6Sol-Gel-Verfahren | Eine Flüssigkeit erstarrt zu einem Gel, wird dann getrocknet und gebrannt | Dünne Beschichtungen, Aerogele, reine Pulver | Einzelproben bis Beschichtungslinien | Filme bis zu einigen zehn Nanometern |
So wählen Sie innerhalb dieser Familie
- Sie brauchen Hunderttausende einfacher Metallteile günstig: Pulvermetallurgie durch Pressen und Sintern.
- Sie brauchen kleine, komplexe Metallteile, die nahezu vollständig dicht sind: Metallpulverspritzguss.
- Sie müssen verborgene Poren aus einem Gussteil oder 3D-Druckteil entfernen, das nicht versagen darf: heißisostatisches Pressen.
- Sie brauchen schnell eine dichte Scheibe aus einem schwer sinterbaren oder neuen Material: Spark-Plasma-Sintern, oder Mikrowellensintern für Keramiken ohne Druck.
- Sie brauchen eine dünne, reine Beschichtung oder ein ultraleichtes Material: Sol-Gel-Verfahren.
Schlüsselbegriffe
- Sintern
- gepackte Teilchen durch Erhitzen unterhalb ihres Schmelzpunkts verbinden.
- Hals
- die feste Brücke, die dort wächst, wo sich zwei Teilchen berühren.
- Diffusion
- Atome, die langsam durch einen Feststoff wandern; sie baut die Hälse auf.
- Porosität
- der Anteil des Volumens eines Teils, der aus leeren Poren besteht.
- Grünling
- ein geformtes Teil vor dem Sintern, nur schwach zusammengehalten.
- Binder
- ein Wachs oder Kunststoff, der Pulver in Form hält, bis er entfernt wird.
- Dichte
- wie viel eines Teils aus festem Material besteht; 100 % bedeutet keine Poren.
- Schwindung
- die Größe, die ein Teil verliert, wenn sich seine Poren beim Sintern schließen.
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