Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kaltgebrannte Keramik

18.08.2016

Paradigmenwechsel bei der Keramikherstellung: Kalt Sintern statt heiß Brennen

Ob beim Hobbytöpfern oder bei der Herstellung technischer Hochleistungskeramiken – verwendbar ist das Werkstück erst, nachdem es stundenlang bei hohen Temperaturen, meist oberhalb von 1000 °C, gebrannt wurde.


Kalter Sinter-Prozess, basierend auf der Zugabe geringer Wassermengen, die den Stofftransport beim Verdichten erleichtern.

(c) Wiley-VCH

Während der dabei stattfindenden Sinterung „verbacken“ die einzelnen Körnchen miteinander, das Material wird kompakter und erhält die notwendigen Eigenschaften wie mechanische Festigkeit.

Dass Sintern auch bei wesentlich niedrigeren Temperaturen funktioniert, zeigen amerikanische Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Ihr kalter Sinter-Prozess basiert auf der Zugabe geringer Wassermengen, die den Stofftransport beim Verdichten erleichtern.

„Schon seit der Steinzeit werden Keramiken durch Sintern bei hohen Temperaturen hergestellt“, berichtet Clive A. Randall von der Pennsylvania State University (USA), „so auch die Venus von Dolní Věstonice, eines der ältesten keramischen Erzeugnisse.“

Das traditionelle Brennen könnte jetzt für viele keramische Werkstoffe überflüssig werden, denn eine breite Palette anorganischer Materialien und Verbundstoffe kann auch zwischen Raumtemperatur und 200 °C verdichtet werden.

Beim konventionellen Hochtemperatur-Sintern werden einzelne keramische Pulverpartikel zu einem festen Körper verdichtet. Treibende Kraft ist die Verringerung der hohen Freien Oberflächenenergie des Pulvers durch eine Materialdiffusion – ein Vorgang, der erst bei sehr hohen Temperaturen abläuft. „Beim kalten Sintern sorgen dagegen Lösungseffekte in Wasser für die Materialverdichtung“, so Randall. „Diese finden bereits bei niedrigen Temperaturen statt – unter Druck innerhalb von Minuten statt Stunden.“

Auch wenn die Details für verschiedene Systeme variieren, so konnte doch für eine Reihe keramischer Materialien festgestellt werden, dass zunächst kleine Mengen Wasser als vorübergehende flüssige Phase scharfe Kanten an den Grenzflächen zwischen den Partikeln auflösen, was die Freie Oberflächenenergie des Pulvers verringert.

Bei geeignet eingestellten Druck- und Temperaturverhältnissen diffundiert das gelöste Material durch die Flüssigkeit und schlägt sich dann bevorzugt außerhalb der Kontaktbereiche zwischen den Partikeln nieder. Dadurch schließen sich die Poren und das Material wird kompakter.

Randall: „Das kalte Sintern funktioniert für eine breite Palette anorganischer Verbindungen, wie Metalloxide, Karbonate und auch für Mehrstoff- und Verbundsysteme. Die Eigenschaften der kalt gesinterten Proben entsprachen denen konventionell gesinterter.“ Am Beispiel verschiedener Materialien, z.B. Natriumchlorid, Alkali-Molybdaten, Vanadiumoxid, hatten die Wissenschaftler den Prozess im Detail untersucht.

„Nach Verbundmaterialien aus Keramiken mit Metallen, Polymeren oder anderen Keramiken gibt es eine hohe Nachfrage, aber aufgrund von Unterschieden der thermischen Stabilität, der Schrumpfung und möglicher chemischer Unverträglichkeiten bei hohen Temperaturen lassen sie sich nicht so einfach brennen“, so Randall. „Diese Problematik würde beim kalten Sintern minimiert.“

Zudem eröffnen sich nachhaltigere und kostengünstigere Produktionsalternativen für keramische Materialien. Kalt gesinterte Verbundmaterialien könnten den Zugang zu Systemen mit neuen Eigenschaften für innovative Technologien eröffnen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 27/2016

Autor: Clive Randall, The Pennsylvania State University (USA), http://www.matse.psu.edu/directory/faculty/clive-randall

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201605443

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise