Verbesserung der keramischen Prozessroute durch feldgestützte Transportmechanismen

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob der Einsatz elektrischer Felder nach der Formgebung die Produktion keramischer Bauteile verbessern kann. Hierzu wurden zwei Verfahren ausgewählt. Das feldgestützte Sintern (FAST, SPS) ist eine effiziente Sintermethode, da die Prozesszeiten, auf Grund der hohen Heizraten und kurzen Haltezeiten auf Sintertemperatur, im Vergleich zu konventionellen Sintermethoden, um ein Vielfaches verkürzt werden. So entsteht ein ökonomischer Vorteil. Die kurzen Prozesszeiten führen zu einer Unterdrückung des Kornwachstums und der applizierte hohe Druck führt gleichzeitig zu einer maximalen Verdichtung. Im Rahmen dieser Arbeit sollte ein Beitrag zur Klärung des Beitrags des E-Feldes zur Prozessverbesserung untersucht werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss elektrischer Hochspannungsfelder auf die Grükörper- und Schichttrocknung untersucht. Dies ist notwendig, da die Trocknung von Grünkörpern und Schichten vor der Sinterung den kritischen Verfahrensschritt während der Produktion darstellt. Eine Beschleunigung des Trocknungsprozesses in Abhängigkeit von Elektrodengeometrie und Korona-Strom konnte gemessen werden. Die an getränkten Grünkörpern abgeleiteten Ergebnisse wurden anschließend auf die Schichttrocknung übertragen und zur schnelleren Trocknung dicker Schichten optimiert.

Two possibilities of applying electric fields to the ceramic production process after forming of green bodies are investigated. First one is the field assisted sintering technique (FAST, SPS). The influence of the electric field on the sintering behaviour of nanoscaled powders using a modified experimental setup of FAST is investigated. The electric current path is restricted to the powder mould by electric insulation while thermal energy is supplied by an outer heating element. A DOE method was applied to investigate the influence of sintering parameters. The results show no impact of the field on the microstructure of the powders under investigation. The second investigation explores the enhancement of drying. Solvent-based forming technologies like EPD, tape casting or dip coating result in high-performance processing. These technologies allow the production of crack-free green bodies and coatings with high densities and contour accuracy. The critical point during production of solventbased ceramics is the drying step. Before sintering complete evaporation is needed to inhibit sintering defects like bursting of the green body. The aim of the present work is to show how high intensity electric fields influence the drying of green bodies and coatings. It will be shown the drying process is accelerated according to the electric field geometry and corona current. This method is furthermore applied to optimize the drying of coatings.