Untersuchung der Teilchenrotation und -translation beim Sintern metallischer Pulverhaufwerke mit Hilfe der Mikrocomputertomographie

• Antragsteller: Dr.-Ing. Karsten Pischang
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2005
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5283342

• Erstellungsjahr: 2007

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Forschungsvorhabens war, die Rotation von Teilchen in dreidimensionalen Pulverhaufwerken nachzuweisen und zu beschreiben. In der zweiten Etappe des Forschungsvorhabens (d.h. im Berichtszeitraum) konnten mit der in der ersten Etappe entwickelten Methodik zur Analyse von metallischen Pulverhaufwerken mit Hilfe von Mikrofokus-Computer-Tomographie (μCT) Proben aus Kupferpartikeln der Größe 100-120 μm untersucht werden. Die Analyse der gesinterten Proben (Pulverhaufwerke) wurde mit hochauflösender Kegelstrahl-Röntgen-Absorptions-Tomographie (μCT) durchgeführt. Die Analyse der dreidimensionalen Bilddaten hat die Verfolgung aller Teilchen über den gesamten Sinterprozess ermöglicht. Die Neigung zur Ausbildung niederenergetischer Korngrenzen ist die Triebkraft, die der Rotation der Pulverpartikel zugrunde liegt. Ein Nachweis der Rotation wird durch die Ermittlung der kumulierten Winkeländerungen möglich. Mit Fortschreiten des Sinterprozesses findet eine Annäherung an den Gleichgewichtszustand statt. Daraus resultiert einer Abnahme der Rotationsrate. Simultan mit der ersten mittels μCT nachweisbaren Partikelzentrumsannäherung wird eine vorübergehende Umkehrung des Rotationssinns der Partikel beobachtet. Das Aufbrechen und die Neubildung von Teilchenkontakten wurden beobachtet. Weiterführende Forschungen sollen durch die stetige Verbesserung der Auswertesoftware sowie durch die Anwendung von Synchrotron-Tomographie die Partikelrotationen mit höherer Präzision erfassen bzw. die Untersuchung von Proben aus feineren Pulvern ermöglichen. Ein besonderer Vorteil der Synchrotron-Tomographie liegt in der Möglichkeit, Sinterprozesse in-situ untersuchen zu können. Wesentlich für eine Weiterentwicklung von Sintertheorien unter Einbeziehung der Rotationsprozesse infolge des Bestrebens, Niederenergiekorngrenzen zu bilden, ist die Untersuchung des Sinterns von Kugelschüttungen aus einkristallinem Pulvern. Neben dem Vorteil der größeren und daher genauer zu erfassenden Rotationen können vermutlich schon im Laufe dieses Jahres die Einkristallorientierungen in 3D Proben zerstörungsfrei erfasst werden. Dies wird sowohl die Erstellung von Simulationsmodellen als auch deren Verifizierung wesentlich erleichtern. Aus dem vertieften Verständnis von Teilchenumordungsprozessen beim Sintern wird es möglich werden, defektärmere Sinterkörper mit einer höheren Maßhaltigkeit herzustellen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "3-D Analysis of the sinter processes by X-ray computer tomography". In: Proceeding of PM Congress 2002, Orlando (USA), June 16-21 2002, Part 13, p176-184
  M. Nöthe, K. Pischang, P. Ponizil, R. Bernhardt, B. Kieback
  
• "Investigation of sintering processes by microfocus tomography (u-CT)". In: Proc. International Symposium on Computed Tomography and Image Processing for Industrial Radiology 23-25.6.2003 Berlin
  M. Nöthe, K. Pischang, P. Ponizil, B. Kieback, J. Ohser
  
• "Study of Particle Rearrangements During Sintering Processes with Microfocus Computer Tomography (u CT)". In: Proceedings PM2004 Powder Metallurgy World Congress, Wien, 2004, 229-234
  M. Nöthe, K. Pischang, P. Ponizil, B. Kieback, J. Ohser
  
• "Analysis of particle rearrangements during sintering by microfocus computer tomography (pCT)". In: Proceedings Sintering'05, Grenoble, 2005, 236-239
  M. Nöthe, M. Schulze, B. Kieback, H.-G. Maas
  
• "Volumetric analysis of a sinter process in time". In: DAGM 2005 LNCS 3663 (2005) 409-416
  O. Wirjadi and A. Jablonski and K. Schladitz and M. Nöthe
  
• „Diffraction by image processing and its application in materials science". Z. Metallkd. 96 (2005) 7 731-737
  J. Ohser, K. Schladitz, K. Koch, M. Nöthe
  
• „Material analysis applying microfocus computer tomography (uCT) and 3D Photogrammetry". In: Deutsche Physikalische Gesellschaft Frühjahrstagung, Berlin, 2005
  M. Schulze, M. Nöthe, B. Kieback, H.-G. Maas
  
• „Analysis of Particle Rearrangement during Sintering by Micro Focus Computed Tomography (uCT)". Proceedings of the 2006 PM World Congress & Exhibition, Busan, Korea: Progress in Powder Metallurgy, Part 1, Materials Science Forum, Vols. 534-536 (2007), 493-496
  M. Nöthe, M. Schulze, R. Grupp, B. Kieback, A. Haibel, J. Banhart
  
• „Investigation of sintering of spherical copper powder by micro focus computed tomography (uCT) and synchrotron tomography". Thermec 2006 Vancouver, Canada, Materials Science Forum Vols. 539-543 (2007) pp. 2657-2662
  R. Grupp, M. Nöthe, M. Schulze, B. Kieback, A. Haibel