ballcenter Sinterwerkstoffe – Herstellung und Einsatzbereiche

Als Sinterwerkstoffe werden Sintereisen, Sintermetalle, Keramiken oder andere Werkstoffe bezeichnet, die während eines mehrstufigen Prozesses entstehen, der Sintern genannt wird. Die Ausgangsstoffe werden unter erhöhten Druck erhitzt. Dabei kommt es zu einer Verdichtung, bei der die Form erhalten bleibt.

Für Sinterwerkstoffe gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis. So lassen sich sehr kleine Kugeln mit präzisen Durchmessern und geringen Toleranzen herstellen. Um die Qualität der Sinterwerkstoffe sicher zu stellen, kommen verschiedene Verfahren der Qualitätssicherung zum Einsatz.

Expertise Sinterwerkstoffe

Sinterwerkstoffe Grundprinzip bei der Herstellung

Sinterwerkstoffe haben den Vorteil, dass verschiedene Ausgangsstoffe aufgeschmolzen und anschließend zusammengebacken werden können. Prinzipiell kann zwischen dem Festphasensintern und dem Flüssigphasensintern unterschieden werden. Beim Festphasensintern verdichten sich die Partikel des Ausgangsmaterials. Gleichzeitig werden die Porenräume aufgefüllt. Im Gegensatz dazu kommt es beim Flüssigphasensintern zu einer Schmelze. Hier entsteht aus einem feinkörnigen oder grobkörnigen Grünkörper ein festes Werkstück, das aber erst nach der Temperaturbehandlung seine endgültige Form und seine endgültigen Eigenschaften annimmt. Das betrifft zum Beispiel die Härte, die Festigkeit und die Temperaturleitfähigkeit. Die Schmelztemperatur der Sinterwerkstoffe liegt in der Regel zwischen 1000 und 1200 Grad Celsius.

Sinterwerkstoffe herstellen Welche Besonderheiten gibt es?

Auch wenn die Ausgangsmaterialien bei der Herstellung der Sinterwerkstoffe stark erhitzt werden, kommt es niemals zu einer Schmelze der Ausgangsstoffe. Sie werden zu Beginn des Prozesses in die gewünschte Form des späteren Werkstückes gebracht. Anschließend kommt es zu einem Verpressen der Pulvermassen und damit zur Formung. Ist das geschehen, muss alles getrocknet werden, damit der Prozess ordnungsgemäß abgeschlossen werden kann. Ein entscheidender Faktor beim Sintern ist in der Tatsache zu sehen, dass sich der Ausgangsstoff oder der Grünling in seiner Form und in seinem Aufbau wesentlich verändert. So wird das Volumen deutlich verringert und die allgemeine Festigkeit durch das Entstehen von Sinterhälsen mittels Oberflächendiffusion zwischen verschiedenen Partikeln deutlich verbessert.

Das Sinterverfahren Formgebung der Sinterwerkstoffe

Der Prozess der Formgebung kann in mehrere Abschnitte unterteilt werden. Hier bei handelt es sich um

Pressen
Plastische Formgebung und Verdichtung
Abkühlen und Nachbearbeitung

Pressen

In der Phase des Pressens kann zwischen Trockenpressen und Feuchtpressen unterschieden werden. Beim Trockenpressen liegt der Wassergehalt des verwendeten Rohstoffs unter 7%, während er beim Feuchtpressen über 12% liegt.

Mit dem Trockenpressen wird die Herstellung von kostspieligen Formwerkzeugen ermöglicht, die sich sehr gut für große Serien eignen. Hier ist eine gute Reproduzierbarkeit und eine hohe Maßgenauigkeit sehr wichtig. Der gesamte Prozess läuft automatisch ab.

Durch das Feuchtpressen können Sinterwerkstoffe mit komplizierten Geometrien entstehen, die durch eine gleichmäßige Dichteverteilung charakterisiert sind.
Eine weitere Form ist das uniaxiale Pressen, das bei plattenförmigen Körpern zum Einsatz kommt. Hier erfolgt der Pressdruck auf den Körper nur in eine Richtung, was für die Rieselfähigkeit des Ausgangsstoffes Pulver von großer Bedeutung sein kann.
Beim isostatischen Pressen ist der Pressdruck in alle Richtungen gleich groß. Dieses Verfahren ist ideal für kleinere Teile mit einer hohe Isotrophie und einer gleichmäßigen Verdichtung. Außerdem ist es günstig für anspruchsvolle Prototypen sowie bei der Herstellung von Kleinserien.

Plastische Formgebung und Verdichtung

Die plastische Formgebung ist insbesondere bei der Herstellung von Sinterwerkstoffen mit sehr komplexen Geometrien bedeutsam. Bei der Verdichtung kommt es zu einer Hochtemperaturbehandlung der Ausgangsstoffe, wobei Temperaturbereiche zwischen 800 und 2500 Grad Celsius maßgebend sind. Es ist sehr wichtig, dass die festgelegten Temperaturbereiche immer unterhalb des jeweiligen Schmelzpunktes bleiben.

Abkühlung und Nachbearbeitung

Um das Verfahren abzuschließen, sind verschiedene Arbeitsschritte nötig. Besonders wichtig ist es, für eine ausreichende Abkühlung Sorge zu tragen. Bei der Qualitätssicherung für Sinterwerkstoffe kommen diverse Verfahren zum Einsatz. Hierbei handelt es sich meistens um die Thermogravimetrische Analyse TGA oder die Dilatometrie. Die TGA ist ein Verfahren zur Messung der Änderung der Masse in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei der Dilatometrie wird zur Feststellung der Längenänderung eine Probe in Abhängigkeit von der Temperatur entnommen.

Der Sinterprozess Vom Anfangsstadium über den Zwischen– bis zum Endbereich

Im Anfangsstadium des Sinterprozesses kommt es zur Teilchenumwandlung. Hier entstehen die Hälse, die eine bis zu 10% höhere Dichte als die Ausgangsstoffe aufweisen. Im Gegensatz dazu schrumpft die Länge des Werkstoffes.

Der Zwischenbereich ist durch die allmähliche Bildung der Korngrenzen gekennzeichnet. Hier entsteht ein Porenkanalsystem, durch das Gase entweichen können. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Werkstück platzt. Die Dichte erhöht sich um bis zu 30%, während die Länge um bis zu 10% schrumpft.

Ist der Endbereich erreicht, kommt es zu einem weiteren Kornwachstum. Größere Körner sind hier in der Lage, kleinere Körner in ihrer Nähe zu verschlucken.

Fertigung & Einsatz Welche Vorteile haben Sinterwerkstoffe?

Sinterwerkstoffe spielen bei der Herstellung von Kugeln und Hohlkugeln eine wichtige Rolle. Dank der Vorteile von Sinterwerkstoffe können wir höchst präzise Hohlkugeln mit Wandstärken von wenigen Zehntel Millimetern aus verschiedensten Sinterwerkstoffen herstellen. Teile aus Sinterwerkstoffen sind: