Record #345084 - GSI Repository

DFG project G:(GEPRIS)524821847

Feld-Aktiviertes Sintern / Spark Plasma Sintering

Coordinator	Professor Dr. Jesus Gonzalez-Julian
Grant period	2023
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)524821847

Note: Die feldunterstützte Sintertechnik/Spark-Plasma-Sintern (FAST/SPS) ist ein einzigartiges Verfahren zur Synthese und zum Sintern anorganischer Werkstoffe bei hohen Temperaturen, bei dem einachsiger Druck mit gepulstem Gleichstrom kombiniert wird. Die Spannung ist niedrig (unter 10 V), aber der Strom ist hoch (typischerweise 1 bis 10 kA), was zu einer effizienten Joule-Erwärmung führt, wenn der Strom durch die Graphitformen fließt, in die das anorganische Pulver eingebracht wird. Unter diesen Bedingungen können Aufheizraten von bis zu 1000 K/min erreicht werden, wenn auch typischerweise im Bereich von 50 - 200 K/min, was wesentlich höher ist als die Aufheizraten (etwa 20 K/min) anderer herkömmlicher Sintertechniken wie druckloses Sintern und Heißpressen. Die isotherme Haltezeit ist stark verkürzt, und die Probe ist in nur wenigen Minuten vollständig verdichtet, während andere Verfahren für den gleichen Zweck mehrere Stunden Verweilzeit benötigen. Folglich führt FAST/SPS zu einer vollständigen Verdichtung von Werkstoffen in nur wenigen Minuten, wobei das Kornwachstum begrenzt oder sogar verhindert und somit das Gefüge maßgeschneidert wird. Typischerweise werden Graphitwerkzeuge verwendet, um die Pulver aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie des hohen Schmelzpunkts (Sinterung bis ca. 2500 K) aufzunehmen. Andererseits begrenzen die Graphitwerkzeuge den maximalen einachsigen Druck (typischerweise bis zu 75 MPa) und erfordern die Verwendung einer Schutzatmosphäre wie Vakuum oder Argon. Nichtsdestotrotz sind Nicht-Graphit-Werkzeuge eine Alternative zur Erhöhung des einachsigen Drucks auf Kosten einer Reduzierung der maximalen Temperatur. FAST/SPS ist eine vielseitige Technik, mit der eine Vielzahl von Materialien, Mikrostrukturen und Strukturen konsolidiert werden können. Metalle und Keramiken können ohne Einschränkung aufgrund ihrer elektrischen oder thermischen Eigenschaften gesintert werden, darunter Intermetalle, Superlegierungen, Ultrahochtemperaturkeramiken (UHTC), transparente Keramiken, Karbide, Nitride, Boride, Oxide, MAX-Phasen und Nicht-Gleichgewichtsmaterialien. Wichtig ist, dass die Synthese auch während des Sinterprozesses durchgeführt werden kann, was als reaktives Sintern bezeichnet wird, wodurch vollständig dichte Verbindungen entstehen, die mit anderen Methoden nicht hergestellt werden können. Darüber hinaus kann die Mikrostruktur aufgrund der Merkmale der Erhitzungsbedingungen so gesteuert werden, dass unterschiedliche Eigenschaften erzielt werden. Was die Strukturen anbelangt, so können mit FAST/SPS poröse Strukturen mit kontrollierter Porosität, Bulk-Materialien, Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix und die Verbindung von Metallen und Keramiken hergestellt werden, wobei aufgrund der kurzen thermischen Zyklen (Minuten statt Stunden) chemische Reaktionen zwischen verschiedenen Komponenten vermieden werden.

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Record created 2023-09-14, last modified 2024-09-28

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