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Formmassenentwicklung für das Pulverspritzgießen

Für die Realisierung und kostengünstige Fertigung von Bauteilen müssen geeignete Materialien folgende Kriterien erfüllen: gute Verfügbarkeit, Reproduzierbare Werkstoffqualität, akzeptabler Preis und einfache Prozessierbarkeit.

Enkonturnahe Präzision, Massenfertigung, Formenvielfallt und Komplexität sind nur einige Vorteile von Bauteilen, welche durch das Pulverspritzgießen gefertigt werden. Die Prozesskette besteht aus folgenden Teilschritten:

  • Compoundierung von metallischen oder keramischen Pulvern und Bindersystemen zu geeigneten Formmassen (Feedstocks)
  • Simulation und Werkzeugbau
  • Herstellung von Grünteilen
  • Wärmebehandlung (Entbindern und Sintern)

Ein Beispiel für die zielorientierte Entwicklung an modernen Werkstoffsystemen für Anwendungen in der Energieforschung stellt das Wolfram-Pulverspritzgießen dar:

 

Wolfram-Pulverspritzgießen @ KIT

 

Isotrope Materialien mit gleichachsiger Kornorientierung, gute Thermoschockbeständigkeit, Formenvielfalt und hohe Dichte, sind typische Eigenschaften von pulverspritzgegossenem Wolfram.

Durch die Entwicklung von neuen, z.B. partikelverstärkten Wolfram-Materialien, lassen sich maßgeschneiderte Werkstoffe und Werkstoffsysteme herstellen. Die hinzugefügte Menge an, z.B. TiC oder Y2O3 Partikel zur Wolfram-Matrix, stabilisiert die Korngrenzen und erzeugt ein Feinkorngefüge durch die Unterdrückung des Kornwachstums.

Mechanische Eigenschaften, wie Duktilität und Festigkeit sind in einem weiten Bereich je nach Anwendungsfall einstellbar.

 

Neue Materialentwicklungen 
... 4-Punkt-Biegeversuche von 20 bis 400 °C ...

s. Antusch, et al.: Journal of Nuclear Materials and Energy, 16 (2018), pp. 71-75.

 

Um optimale Abform- und Sinterergebnisse erzielen zu können, ist eine Optimierung der Formmassen hinsichtlich Pulverfüllgrad, Fließeigenschaften und Schwindungsverhalten notwendig.

Gerade die Weiterentwicklung des Pulverspritzgießens zum Mehrkomponenten-Mikropulverspritzgießen erfordert alternative Bindersysteme, um lose oder feste Verbunde gezielt mit unterschiedlichen Materialien herstellen zu können. Dies umfasst:

  • Bindersysteme auf Basis von Reaktionsharzen
  • Thermoplast-Wachs-Kombinationen
  • Wasserlösliche Binderkomponenten

 

Fragen zu diesem Thema richten Sie bitte an Herrn Dr. Steffen Antusch.