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 Forscherteam der Universität Bremen untersucht Korallenbleiche
24.04.2017 | Universität Bremen

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung