Schnelles Sintern der Lithographie

23. September 2022

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Forscher der Montanuniversität Leoben, Österreich, und des Jožef-Stefan-Instituts, Ljubljana, Slowenien, haben in der Zeitschrift Additive Manufacturing Forschungsergebnisse zu Strategien zur Erzielung schnellerer Sinterzeiten bei komplexen additiv gefertigten Keramikkomponenten und den Vorteilen davon veröffentlicht. Der Artikel „Hochfeste lithographiebasierte additive Fertigung von Keramikkomponenten mit schneller Sinterung“ beschreibt detailliert, wie dieser schnellere Sinterprozess die Schaffung hochdichter Keramikarchitekturen mit maßgeschneiderter Mikrostruktur und Eigenschaften ermöglichen könnte.

Bisher erfolgte die Verdichtung additiv gefertigter Keramikteile in konventionellen Öfen unter typischen Bedingungen, was die Herstellung porenfreier, feinkörniger Keramiken erschwerte. In dieser Forschung nutzten die Autoren eine strahlungsunterstützte Sintermethode (RAS) zum schnellen Sintern bei ca. 300–450 °C/min unter Verwendung der lithographiebasierten additiven Fertigung von Aluminiumoxidkeramik.

Das Team zeigte, dass durch strahlungsunterstütztes Sintern (RAS) lithographiebasierte, additiv hergestellte Aluminiumoxidkeramiken erfolgreich in wenigen Minuten statt in Stunden gesintert werden können. Ein Spark-Plasma-Sinter-Aufbau (SPS) wurde modifiziert, um das Sintern komplexer Geometrien (z. B. eines Turbolader-Motorrotors) zu ermöglichen, ohne dass direkter Druck oder Strom auf das Keramikteil ausgeübt werden muss.

Der beschriebene Sinterprozess erzeugte auch feinkörnige Mikrostrukturen mit einer Größe von 1 μm und einer Dichte von 99 %, die mit einem Energieeintrag von 1 MJ gesintert wurden, im Gegensatz zu 25 MJ beim herkömmlichen Sintern. Im Vergleich zu traditionell gesinterten Referenzteilen war Berichten zufolge auch die hohe mechanische Festigkeit von ∼ 810 MPa und Zähigkeit von ∼ 4,3 MPa m1/2 von additiv erzeugtem Aluminiumoxid, das bei 1600 °C innerhalb von zwei Minuten gesintert wurde, der von Teilen, die durch traditionelles Sintern hergestellt wurden, überlegen.

Die Forscher hoffen, dass diese Ergebnisse die Anwendungsfälle von RAS zur Steuerung der Mikrostruktur additiv gefertigter Teile eröffnen und so deren mechanische und funktionelle Eigenschaften verbessern. Dies könnte künftig auf biomedizinische, magnetische, optische, katalytische, dünne Filme und Elektrokeramiken angewendet werden.

„Hochfeste lithographiebasierte additive Fertigung keramischer Bauteile mit Schnellsinterung“ von Anna-Katharina Hofer, Andraž Kocjan und Raúl Bermejo ist hier in voller Länge verfügbar.

www.unileoben.ac.at

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