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Eine neue kalte Sinternmethode für Keramik

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Ausgeführte leistungsstarke Keramik- und Liebhabertonwaren sind ebenso, erst nachdem sie stundenlang bei hohen Temperaturen abgefeuert werden, normalerweise über 1.000 °C. verwendbar. Der Sintervorgang, der Ursachen die einzelnen Partikel stattfindet, zum „zusammen zu backen“, das Material mehr Vertrag machen und ihm die erforderlichen Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit geben.

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Staat Pennsylvania-Hochschulforscher haben gezeigt, dass eine Strecke der anorganischen Materialien und der Zusammensetzungen zwischen Raumtemperatur und 200 °C. auch gesintert werden kann. Dieser kalte Sintervorgang basiert auf der Einführung von kleinen Mengen Wasser, um die Transportprozesse zu unterstützen, die das Material densify.

In den herkömmlichen Hochtemperatursintervorgängen densify einzelne keramische Pulverpartikel in einen harten, kompakten Gegenstand. Die treibende Kraft für diesen Prozess ist die Reduzierung der hohen freien Oberflächenenergie des Pulvers durch materiellen Diffusions-einprozeß, der nur bei hohen Temperaturen auftritt.

„Demgegenüber, beruht das kalte Sintern auf Zwischenflächen- Lösungseffekten im Wasser für den Densification des Materials,“ sagt Clive Randall, Professor der Materialwissenschaft und der Technik, „ein Prozess, dessen bei niedrigen Temperaturen und in Rahmenminuten der viel kürzeren Zeit auftritt anstelle, Stunde-wenn Druck wird angewendet.“

(Klicken Sie, um zu vergrößern.) Das kalte Sintern beruht auf Zwischenflächen- Lösungseffekten im Wasser für den Densification des Materials. Bildkredit: Penn State University.

(Klicken Sie, um zu vergrößern.) Das kalte Sintern beruht auf Zwischenflächen- Lösungseffekten im Wasser für den Densification des Materials. Bildkredit: Penn State University.

Entsprechend Randall die kleinen Mengen des Zwischenflächen- Wasseraufschlags als vorübergehendes Flüssigphasen. Die Details schwanken für verschiedene Systeme. Aber für einige keramische Materialien, ist der erste Schritt Auflösung der Grate der Grenzoberflächen zwischen den Partikeln und verringert die freie Oberflächenenergie des Pulvers. Dann unter passenden Druck- und Temperaturkombinationen, diffundiert das aufgelöste Material durch die Flüssigkeit und führt vorzugsweise weg von den Kontaktgebieten zwischen den Partikeln herbei. Dieser Prozess schließt die Poren und macht das Material kompakter.

„Kalte Sinternfunktionen für eine breite Palette von anorganischen Mitteln, einschließlich Metalloxide, Karbonate, Halogenide, Phosphate und multimaterial Systeme (Zusammensetzungen),“ sagt Randall.

Die Forscher überprüften den Prozess im Detail unter Verwendung des Natriumchlorids, der Alkalimolybdate und des Vanadiumoxids, unter anderen Materialien. Die Eigenschaften der kalt-gesinterten Proben waren mit denen gesintert durch herkömmliche Methoden gleichwertig.

Entsprechend Randall sind Zusammensetzungen von Keramik mit Metallen, Polymeren oder anderer Keramik in der hohen Nachfrage, aber wegen ihrer verschiedenen Wärmebeständigkeiten, machten Schrumpfung und mögliche chemische Unverträglichkeiten, Systeme von den verschiedenen Materialien sind nicht einfach, bei hohen Temperaturen zu sintern.

„Diese Probleme werden im kalten Sintern herabgesetzt und, am wichtigsten, öffnet dieser Prozess das Aufregen stützbar und preiswerte Herstellungsmöglichkeiten für Keramik und ihre Zusammensetzungen,“ sagt er.