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Hans Eckart Exner:

Grundlagen von Sintervorgängen

1978. VIII, 234 Seiten, 125 Abbildungen, 7 Tabellen, 15x21cm, 440 g
Language: Deutsch

(Materialkundlich-Technische Reihe, Band 4)

ISBN 978-3-443-23005-0, brosch.

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Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Gegenüber dem umfassenden Know-How, Pulver über Sinterverfahren zu verarbeiten, liegen die Kenntnisse über die grundlegenden Mechanismen des Sinterns weit zurück. Vor etwa drei Jahrzehnten haben Frenkel und vor allem Kuczynski die komplexen Vorgänge an einfachen Modellen aus zwei Teilchen quantitativ beschrieben. Der Erfolg dieses für die Physik typischen Vorgehens führte im weiteren Verlauf dazu, daß das Zweiteilchenmodell für die Aufklärung von Sintervorgängen nicht nur als wesentlich, sondern als ausreichend betrachtet wurde. Die oft kritiklose Übertragung auf Pulverhaufwerke führte zu einigen groben Fehlschlüssen und zu Problemen bei der Anwendung theoretischer Vorhersagen auf technische Prozesse. Etwa seit Mitte der Sechziger Jahre stagnierte diese Modellentwicklung auch in theoretischer Hinsicht.

Die in diesem Band zusammengefaßten Ergebnisse jahrelanger Forschungsarbeiten stellen nun einen bedeutsamen Durchbruch in der Aufklärung von Sintermechanismen dar. Die bisher vernachlässigte Umordnung in unsymmetrischen Teilchenanordnungen erweist sich als entscheidend für das Verständnis der Vorgänge beim Sintern metallischer, keramischer und amorpher Pulver. Die Übertragung der theoretischen und experimentellen Untersuchungen an Modellsystemen auf technische Sinterprozesse tritt damit in ein neues Stadium. Unter anderem wird dadurch die Bildung großer Poren und die Anisotropie der Schrumpfung bei Formkörpern, die in der betrieblichen Praxis eine erhebliche Ausschußursache darstellen, erklärt.

Es ist zu erwarten, daß diese Ergebnisse über ein vertieftes, grundlegendes Verständnis zu einer besseren technischen Beherrschung von Sintervorgängen führen werden.

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1. Einleitung 1
2. Grundlagen der Experimentellen und Mathematischen
Beschreibung von Sintervorgängen 3
2.1 Experimentelle Verfahren 3
2.2 Überblick über theoretische Ansätze 4
2.3 Triebkräfte und Materialtransportmechanismen 6
2.4 Beschreibung der Sinterkinetik des idealisierten Zweiteilchenmodells 10
3. Probleme bei der Übertragung der idealisierten Modellvorstellungen
auf reale Zweiteilchenmodelle 15
3.1 Geometrische Näherungen für Zweiteilchenmodelle 16
3.2 Der Einfluß der Korngrenzenenergie 21
3.3 Berechnungsverfahren zur Ermittlung der exakten Halskontur 23
3.4 Lösungen für andere Kontaktgeometrien 31
4. Experimentelle Untersuchungen zum Zweiteilchenmodell 40
4.1 Vergleich der idealisierten Halskontur mit experimentellen Beobachtungen 40
4.2 Überprüfung der geometrischen Näherungen 45
4.3 Sinterkinetik von Zweikugelmodellen 49
5. Mehrteilchenmodelle 54
5.1 Das Dreiteilchenmodell 55
5.2 Winkeländerungen bei Dreiteilchenmodellen aus Glaskugeln 56
5.3 Wo Ekeländerungen bei Dreiteilchenmodellen aus Kupferkugeln 61
5.4 Numerische Verfahren zur Erfassung der Unsymmetrie
und der Winkeländerungen 63
5.5 Vergleich der berechneten und der experimentell
beobachteten Winkeländerungen 70
5.6 Einfluß der Winkeländerung auf die Zentrumannäherung 72
5.7 Kontaktneubildung 75
5.8 Erweiterte Modelle 77
6. Das Sinterverhalten ebener Anordnungen 81
6.1 Beobachtungen an ebenen Anordnungen von Kupferkugeln 82
6.1.1 Porenvergröberung 83
6.1.2 Anderung der Kontaktzahl 84
6.1.3 Schrumpfung 88
6.1.4 Kinetik des Halswachstums 92
6.2 Beobachtungen an ebenen Anordnungen von Glaskugeln 93
6.2.1 Kontaktbildung 94
6.2.2 Schrumpfung 96
6.2.3 Kinetik des Halswachstums 97
6.3 Auswirkung der Umordnung 98
6.3.1 Umordnung beim Sintern von Kupfer 99
6.3.2 Vergleich mit Untersuchungen anderer Autoren 102
6.3.3 Umordnung beim Sintern von Glas 105
7. Sinterverhalten von räumlichen Anordnungen und Realpulvern 107
7.1 Anordnungen aus kugelförmigen Teilchen einheitlicher Größe 107
7.1.1 Schrumpfungsverhalten statistisch gepackter Kugelanordnungen 108
7.1.2 Einfluß der Packungsdichte 112
7.1.3 Auswirkung der Kontaktbildung und der Umordnung 117
7.2 Umordnung und Porenwachstum in losen und gepreßten
Realpulvern 123
7.2.1 Qualitative Beobachtungen 123
7.2.2 Änderung der Dichte, der spezifischen Oberfläche und der Festigkeit 126
7.2.3 Änderung der Porengrößenverteilung 129
7.2.4 Änderung der Porenform 132
7.2.5 Auswirkung der Kaltverdichtung auf die Schrumpfung 133
7.2.6 Umordnung und weitere zusätzliche Sintermechanismen bei Realpulvern 137
7.3 Richtungs- und Ortsabhängigkeit der linearen Schrumpfung 140
7.3.1 Erklärungsversuche für die Schrumpfungsanisotropie 141
7.3.2 Auswirkung der Umordnung auf die Schrumpfungsanisotropie 145
7.3.3 Einordnung der experimentellen Ergebnisse 146
8. Anhang 1: Experimentelle Grundlagen, Versuchsmaterial
und Versuchsdurchführung 150
8.1 Allgemeiner Überblick über Meßverfahren zur Erfassung von
Sintervorgängen 150
8.1.1. Schrumpfungs- und Dichtemessung 150
8.1.2 Quantitative Gefügeanalyse 151
8.1.3 Topologie des Porenraumes 152
8.1.4 Indirekte Verfahren 153
8.1.5 Modelluntersuchungen 155
8.2 Versuchsmaterial und für die Datenbeschaffung verwendete Verfahren 157
8.2.1 Verwendete Pulver 157
8.2.2 Sinterbedingungen und Herstellung der Modelle 159
8.2.3 Auswertung 162
9. Anhang II: Phänomenologische Sintergleichungen 168
9.1 Die Sintergleichung von Tikkanen und Mäkipirtti 168
9.2 Das Gleichungssystem von Ivensen 171
9.3 Das theologische Modell von Skorokhod 175
9.4 Das Schrumpfungsmodell von Coble 180
9.5 Sintergleichungen mit Berücksichtigung von Gefügeveränderungen 181
10. Anhang III: Numerische Verfahren zur Beschreibung der Sinterkinetik 185
10.1 Beschreibung der Sinterkinetik von Kontakten zwischen plastisch
verformten Kugeln 185
10.2 Näherungsfreie Berechnung der Sinterkinetik von
Kugel- und Zylindermodellen durch Computersimulation 188
11. Anhang IV: Einfluss des Eigengewichts auf das Sinterverhalten 193
11.1 Theoretische Abschätzungen für die Schrumpfungskräfte 194
11.2 Abschätzung der durch die Schwerkraft induzierten Spannungen 198
11.3 Radialschrumpfung von lose geschütteten Kupferkugeln gleicher Größe 200
11.4 Porengeometrie in lose geschütteten und gesinterten
Anordnungen aus gleichgroßen Kupferkugeln 203
12. Anhang V: Verzeichnis der verwendeten Symbole 209
12.1 Lateinische Versalien 209
12.2 Lateinische Minuskein 211
12.3 Griechische Buchstaben 213
12.4 Differenzen 214
13. Zusammenfassung 215
14. Literatur 220