Einführung der wichtigsten Sinterverfahren für technische Keramik
Sintern bezeichnet den Verdichtungsprozess von keramischen Grünkörpern nach dem Formen. Unter Einwirkung hoher Temperatur kommt es zu einer Beseitigung von Poren und einer Volumenschrumpfung, wodurch ein massiver Sinterkörper mit der erwarteten Geometrie erzeugt wird. Der Sinterprozess hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Materials. Bei der Herstellung verschiedener technischer Keramiken und für unterschiedliche Eigenschaftsanforderungen ist es sehr wichtig, ein geeignetes Sinterverfahren zu wählen.
Es gibt mehrere Verfahren zum Sintern von technischer Keramik:
(1) Atmosphärisches Sintern
Atmosphärisches Sintern ist eines der am häufigsten verwendeten Sinterverfahren, d. h. ein Verfahren zum Erhitzen und Sintern von keramischen Produkten durch Zugabe geeigneter Sinterhilfsmittel unter Atmosphärendruck (d. h. während des Sinterprozesses ist kein zusätzlicher Druck erforderlich).
Der Nachteil des atmosphärischen Sinterns besteht darin, dass die Sintertemperatur hoch ist, die Anforderungen an den Ofen ebenfalls hoch sind und der Energieverlust groß ist.
(2) Heißpresssintern
Heißpresssintern ist ein Sinterverfahren für schwer zu sinterndes Keramikpulver, in das Keramikpulver eingefüllt wird Formhohlraum und dann während des Pressens aus einer einachsigen Richtung erhitzt, bedeutet dies, dass Formen und Sintern gleichzeitig durchgeführt werden.
Keramikpulver befindet sich während des Sinterprozesses in einem thermoplastischen Zustand, was den Kontakt, die Diffusion und das Fließen von Partikeln unterstützt, daher ist der Formdruck geringer; Es kann auch die Sintertemperatur reduzieren und die Sinterzeit verkürzen, dem Wachstum von Kristallkörnern widerstehen und Keramikteile mit feinen Kristallkörnern, voller Dichte, erhalten. und gute mechanische und elektrische Eigenschaften. Es besteht keine Notwendigkeit, Sinterhilfsmittel oder Formhilfsmittel hinzuzufügen, und es können ultrareine Keramikprodukte hergestellt werden.
Der Nachteil des Heißpresssinterns besteht darin, dass es einen unidirektionalen Druck annimmt, sodass Form und Größe des Produkts durch die im Allgemeinen zylindrisch oder ringförmig ausgebildete Form eingeschränkt sind. Außerdem macht unidirektionaler Druck auch die Druckverteilung im Grünkörper ungleichmäßig, was leicht eine Anisotropie der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften des gesinterten Keramikkörpers verursacht.
(3) Heißisostatisches Presssintern
Heißisostatisches Presssintern bezieht sich auf den Prozess des Sinterns und Verdichtens aus Keramikpulver, Grünkörper oder vorgebranntem Körper durch die gemeinsame Wirkung von Hochtemperatur und allseitig ausgeglichenem Hochdruckgas. Es eignet sich für die Herstellung von Produkten mit komplexen Formen und kann die Dichte und Leistung von Produkten verbessern. Die Keramikteile haben nach dem heißisostatischen Presssintern eine ausgewogene Dichte und gleiche Eigenschaften in allen Richtungen.
Heißisostatisches Pressen ist ein Sinterverfahren, das die Vorteile von atmosphärisches Sintern und Heißpresssintern, es kann nicht nur die Dichte wie Heißpresssintern erhöhen, das Wachstum von Körnern hemmen und die Leistung des Produkts verbessern. Darüber hinaus können auch Keramikteile mit sehr komplizierten Formen hergestellt werden, wie zatmosphärisch Sinterverfahren und vermeiden die Kornorientierung von nicht-äquiaxialen Kristallprodukten.
(4) Reaktionssintern
Bezeichnet das Verfahren zum Sintern von keramischen Materialien durch die gegenseitige Reaktion der Gas- oder Flüssigphase mit der Matrix. Die typischsten Produkte sind reaktionsgesinterte Siliziumkarbid- und reaktionsgesinterte Siliziumnitridkeramiken. Der Vorteil dieses Sinterverfahrens besteht darin, dass der Prozess einfach ist, das Produkt leicht oder nicht bearbeitet werden kann und auch Produkte mit komplexen Formen hergestellt werden können. Der Nachteil besteht darin, dass nicht umgesetzte Chemikalien im Produkt verbleiben, die Struktur nicht leicht zu kontrollieren ist und das zu dicke Produkt nicht leicht vollständig sintert.
(5) Gasdrucksintern
Gasdrucksintern (GPS) bezieht sich auf ein Sinterverfahren, bei dem während des Hochtemperatursinterprozesses ein bestimmter Gasdruck angelegt wird, um die Zersetzung und den Gewichtsverlust von keramischen Materialien bei hohen Temperaturen zu unterdrücken. Dadurch kann die Sintertemperatur erhöht, die Verdichtung des Materials weiter gefördert und hochdichte Keramikprodukte erhalten werden.
Sowohl das Gasdrucksintern als auch das heißisostatische Presssintern verwenden Gas als Verfahren zur Druckübertragung, aber der Druck und die Druckwirkung der beiden sind unterschiedlich. Beim HIP-Sintern ist der Gasdruck hoch (100~300 MPa), und die Hauptfunktion besteht darin, die vollständige Verdichtung von Keramik zu fördern. Beim GPS-Sintern ist der angelegte Gasdruck gering (1~10MPa), was hauptsächlich die thermische Zersetzung von Si3N4 oder anderen Hochtemperaturmaterialien auf Nitridbasis unterdrückt.
(5) Aufdampfsintern
Das Dampfabscheidungssintern kann in ein physikalisches Dampfverfahren und ein chemisches Dampfverfahren unterteilt werden. Es gibt zwei physikalische Hauptverfahren: Sputter-Abscheidung und Verdampfungs-Abscheidung. Das Sputterverfahren besteht darin, ein flaches Target mit einem Elektronenstrahl im Vakuum zu beschießen, und die Targetatome werden stimuliert und dann auf das Probensubstrat aufgetragen. Das chemische Dampfabscheidungsverfahren führt ein Reaktionsgas und eine Gasmischung ein, während das Substratmaterial erhitzt wird, und die durch Zersetzung oder Reaktion bei hoher Temperatur erzeugten Materialien werden auf dem Substrat abgeschieden, um ein dichtes Material zu bilden.
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