Untersuchung und Simulation der Materialtransportprozesse beim feldaktivierten Sintern metallischer Werkstoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Insgesamt wurden im Rahmen des Projektes die Aufklärung und die korrekte Beschreibung der Sintervorgänge beim feldaktivierten Sintern von metallischen Pulver erreicht. Im Rahmen des Projekts wurde auf der Grundlage von theoretisch/numerischen und experimentellen Untersuchungen der Einfluss von Temperatur, Druck, Temperaturgradienten, elektrischer Feld- und Stromdichteverteilung auf die Materialtransportprozesse untersucht. Dabei zeigte sich, dass: Angepasste FE-basierte Modelle in der Lage sind, den FAST-Prozess präzise abzubilden - Im technisch realisierten FAST-Prozess weder Schmelze noch Plasma auftreten - Zur Beurteilung der lokalen Überhitzung der Teilchenkontakte zwingend plastische Verformung und Kriechverformung berücksichtigt werden müssen, da eine rein thermoelektrische Simulation bei konstantem Kontaktradius die Kontakttemperatur massiv überschätzt - Plastische Verformung und Kriechmechanismen die Verdichtung dominieren - Geringere Pulse-Pause Verhältnisse mit höherer Spannung und Stromstärke notwendig sind, um die Wirkung des gepulsten Gleichstroms gezielt auszunutzen, insbesondere durch lokale Überhitzung in den Teilchenkontakten - Materialspezifische Temperatur- und Druckprofile eine bessere Verdichtung des Pulvers ermöglichen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The mechanisms of field assisted sintering in metallic systems, in "Electric Field Assisted Sintering and Related Phenomena Far from Equilibrium", Rishi Raj (University of Colorado at Boulder, USA) Thomas Tsakalakos (Rutgers University, USA) Eds, ECI Symposium Series, (2016). March 6 – 11, 2016 Tomar, Portugal
Trapp J., Nöthe M., Kieback B., Semenov A., Eberhardt O., Wallmersperger T.
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(2017) Experimental and numerical analysis of the initial stage of field-assisted sintering of metals. Journal of Materials Science. 52(3):1486-1500
Semenov A.S., Trapp J., Nöthe M., Eberhardt O., Wallmersperger T., Kieback B.
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(2019) Fundamental principles of spark plasma sintering of metals: part I – Joule heating controlled by the evolution of powder resistivity and local current densities. Powder Metallurgy. 62(5):297-306
Trapp J., Kieback B.
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(2019) Thermo-electro-mechanical modeling, simulation and experiments of field-assisted sintering. Journal of Materials Science. 54(15):10764-10783
Semenov A.S., Trapp J., Nöthe M., Eberhardt O., Wallmersperger T., Kieback B.
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(2020) Fundamental principles of spark plasma sintering of metals: part III–densification by plasticity and creep deformation. Powder Metallurgy. 63(5):329-337
Trapp J., Semenov A., Nöthe M., Wallmersperger T., Kieback B.
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(2020) Fundamental principles of spark plasma sintering of metals: part II–about the existence or nonexistence of the ‘spark plasma effect’. Powder Metallurgy. 63(5):312-328
Trapp J., Semenov A., Eberhardt O., Nöthe M., Wallmersperger T., Kieback B.
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(2021) Thermo-electro-mechanical modeling of spark plasma sintering processes accounting for grain boundary diffusion and surface diffusion. Computational Mechanics. 67:1395-1407
Semenov A., Trapp J., Nöthe M., Eberhardt O., Kieback B., Wallmersperger T.
