In-situ Measurements and Simulation of Constrained Sintering
Final Report Abstract
Das Projekt hatte zum Ziel, ein besseres Verständnis der Phänomene beim Co-Firing zu schaffen. Unter Co-Firing versteht man das gemeinsame Sintern von Verbundbauteilen, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Aufgrund unterschiedlicher Schwindungen der beteiligten Materialien treten beim Sintern Spannungen auf, die zu Verformungen, Ablösungen oder Rissen führen können. Die zunehmende Komplexität von Verbundbauteilen erfordert ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen. Einerseits sollten In-Situ-Messmethoden für die Untersuchung von Co-Firing Phänomenen entwickelt werden, anderseits sollten Computersimulationen dazu genutzt werden, Co-Sintering Prozesse zu beschreiben. Die bereits am Fraunhofer ISC entwickelten thermooptischen Messmethoden (TOM) wurden entsprechend weiterentwickelt. Einerseits wurde die Auflösung und Reproduzierbarkeit der Methoden verbessert, um die für die für das Co-Firing wichtigen viskoelastischen Materialeigenschaften messen zu können. Andererseits wurden neue Methoden entwickelt, um auch Desintering-Phänomene, d.h. Ablösungen und Rissbildungen unter kontrollierten Bedingungen messen zu können. Mit speziellen Probengeometrien und einer zugehörigen Bildanalysesoftware konnten die TOM-Methoden so erweitert werden, dass jetzt auch Desintering-Phänomene messbar sind. Die beobachteten Phänomene stimmten qualitativ gut mit den aus einer Computersimulation erhaltenen Spannungen überein. Bei den viskoelastischen Materialeigenschaften wurden erstmals auch viskose Poissonzahlen unter nicht-isothermen Bedingungen gemessen. Dies ist besonders wichtig für die Untersuchung des Sinteranfangsstadiums, da dieses Stadium bei Erreichen der Sinterendtemperatur meist schon überschritten ist. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass die Poissonzahlen im Sinteranfangsstadium Werte nahe Null besitzen. Im weiteren Sinterverlauf steigen sie dann auf die erwarteten Werte um 0,3 an. Eine Erklärung könnte die im ersten Sinterstadium bekannte Partikelumordnung liefern, die durch externen Druck verstärkt auftritt. Die Partikelumordnung war in begleitend durchgeführten Computersimulationen zur viskosen Verformung von porösen Materialien nicht enthalten, so dass die Diskrepanz zwischen Simulation und Experiment erklärbar ist. Anderseits kommen auch Temperaturgradienten in den Proben als Ursache für die extrem kleinen gemessenen Poissonzahlen in Frage.
