Modellgestützte Gefügeoptimierung von Aluminiumoxid-Basiswerkstoffen im kapsellosen Sinter-HIP-Prozeß:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Modellgestützte Gefügeoptimierung von Aluminiumoxid-Basiswerkstoffen im kapsellosen Sinter-HIP-Pro
Autor: Weiss, Stefan
Jahr: 1996
FORTSCHRITT- BERICHTE VM Dipl.-Ing. Stefan Weiß, Bremen Modellgestützte Gefüge- Optimierung von Aluminiumoxid - Basiswerkstof f en im kapsellosen Sinter-HIP- Prozeß Reihe 5 : Grund- und Werkstoffe Nr. 459 VM VERLAG
Inhaltsverzeichnis V Verzeichnis der Symbole und Abkürzungen..............................................................VII Zusammenfassung.............................................................................................................X 1 Einleitung und Aufgabenstellung..................................................................................I 2 Grundlagen und Stand der Technik.............................................................................3 2.1 Eigenschaften der Modellwerkstoffe.............................................................................3 2.1.1 Einphasiges Aluminiumoxid (A1 2 0 3 )......................................................................3 2.1.2 Zr0 2 -umwandlungsverstärktes Aluminiumoxid (ZTA)..........................................6 2.2 Sintertechnologie...........................................................................................................9 2.2.1 Kapselloser Sinter-HIP-Prozeß...............................................................................9 2.2.2 Gefugeentwicklung bei offener Porosität..............................................................12 2.2.3 Endverdichtung durch heißisostatisches Pressen..................................................15 2.2.3.1 Modellierung...................................................................................................15 2.2.3.2 Gefugeentwicklung.........................................................................................18 2.2.4 Einfluß der Sinteratmosphäre auf die Gefügeentwicklung...................................19 2.3 Bewertung und Arbeitshypothesen.............................................................................20 3 Experimentelle Methoden und Ausgangspulver.......................................................22 3.1 Charakterisierung der
Pulver.......................................................................................22 3.2 Probenherstellung........................................................................................................23 3.2.1 Formgebung durch Trockenpressen......................................................................23 3.2.2 Formgebung durch Schlickerdruckguß.................................................................24 3.3 Methoden zur Eigenschaftscharakterisierung.............................................................25 3.3.1 Dichte- und Porositätsbestimmung.......................................................................25 3.3.2 Schwindungsmessung...........................................................................................27 3.3.3 Korngrößenanalyse................................................................................................28 3.3.4 Röntgenographische Phasenanalyse der ZTA-Keramiken....................................29 3.3.5 Härte- und Rißzähigkeitsbestimmung...................................................................30 3.3.6 4-Punkt-Biegefestigkeit.........................................................................................31 4 Experimentelle Untersuchung zur Gefügeentwicklung bis zum Porenabschluß... 32 4.1 Dichtebezogene Lage des Porenabschlusses...............................................................33 4.2 Porengrößenanalyse mittels Hg-Porosimetrie.............................................................36 4.3 Gefügeanalyse mittels Bildverarbeitung.....................................................................39 5 Simulation der druckunterstützten Endverdichtung................................................46 5.1 Konzipierung des Simulationsmodells........................................................................46 5.1.1 Modell der druckunterstützten
Endverdichtung....................................................47 5.1.2 Modell des Komwachstums..................................................................................53 5.1.3 Modell der Makroporenschrumpfung...................................................................56 5.1.4 Realisiertes Rechenprogramm...............................................................................57
Yj Inhaltsverzeichnis 5.2 Simulationsrechnungen für A1 2 0 3 ...............................................................................60 5.2.1 Verdichtung und Komwachstum im Matrixgefüge...............................................60 5.2.2 Makroporenschrumpfung und Festigkeitsentwicklung.........................................64 5.2.3 Entwurf von Optimierungskarten (KDZ-Diagramm)............................................70 5.2.4 Grünkörpereinflüsse..............................................................................................74 6 Experimentelle Verifizierung des Sintermodells für einphasiges A1 2 0 3 ..................76 6.1 Schwindungs- und Komwachstumskinetik unter Luft und Sauerstoffatmosphäre.....76 6.2 Einfluß der Prozeßgrößen Druck und Temperatur auf die Verdichtungskinetik.........80 6.3 Gefügeentwicklung......................................................................................................84 6.4 Verknüpfung von Komwachstum und Verdichtung (KDZ-Diagramm).....................88 6.5 Mechanische Eigenschaften.........................................................................................91 6.6 Variation der Grünkörperstruktur................................................................................98 6.6.1 Verdichtungskinetik bei druckloser Sinterung......................................................99 6.6.2 Defektarten und Festigkeitsverteilung.................................................................101 7 Herstellung von Sinter-HIP-verdichteten ZTA-Keramiken...................................106 7.1 Laborwerkstoffe.........................................................................................................106 7.1.1 Gefügeentwicklung im dichten Sinterkörper.......................................................106 7.1.2 Einfluß der Prozeßgrößen Druck und Temperatur auf die Verdichtungskinetik. 112 7.2
Eigenschaftsprofil von industriellen Schneidkeramiken...........................................115 7.2.1 Verdichtungskinetik und mechanische Kennwerte.............................................115 7.2.2 Einsatzverhalten in der Zerspanung....................................................................121 8 Diskussion....................................................................................................................125 8.1 Weiterführende Modellentwicklung..........................................................................125 8.1.1 Volumenanteilige Makroporenschrumpfüng.......................................................125 8.1.2 Instationäre Prozeßführungen..............................................................................131 8.2 Sinter-HIP-Optimiemng............................................................................................133 8.2.1 Gefügeorientiertes KDZ-Konzept.......................................................................133 8.2.2 Defektorientiertes KDDZ-Konzept.....................................................................137 9 Schlußfolgerungen......................................................................................................141 10 Anhang.......................................................................................................................143 11 Literaturverzeichnis.................................................................................................144
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