Fraunhofer-Gesellschaft

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Phasenbildungsmechanismen in Stahl-Keramik-Werkstoffverbunden

 
: Günther, Anne; Slawik, Tim; Moritz, Tassilo; Mühle, Uwe; Michaelis, Alexander

Schneider, Gerhard (Hrsg.); Zschech, Ehrenfried (Hrsg.); Petzow, Günter (Hrsg.) ; Deutsche Gesellschaft für Materialkunde -DGM-:
Fortschritte in der Metallographie : Vortragstexte der 49. Metallographie-Tagung, 16.-18. September 2015 in Dresden
Sankt Augustin: Inventum, 2015 (Sonderbände der praktischen Metallographie 47)
ISBN: 978-3-88355-410-5 (ISBN)
pp.177-182
Metallographie-Tagung <49, 2015, Dresden>
German
Conference Paper
Fraunhofer IKTS ()
Stoffschluss; Verbundbildung; Eigenschaftsänderung

Abstract
Die Verbundbildung von Stahl und Keramik ist besonders für medizintechnische Anwendungen von großem Interesse. Mithilfe des mehrkomponentigen Foliengießens lassen sich Metall-Keramik-Verbundbauteile in Form von bipolaren Scheren und anderen chirurgischen Instrumenten herstellen. Eine Streichtechnik, die der Papierindustrie entstammt, lässt es zu, eine keramische Isolationsschicht von wenigen Mikrometern zwischen die Elektroden, welche aus nichtrostenden Stahl bestehen, aufzubringen. Durch die gemeinsame Formgebung von Edelstahl und Zirkoniumdioxid über das Foliengießen wird ein Kraft- und Formschluss an der Grenzfläche der beiden Komponenten erreicht. Die anschließende Co-Sinterung, bewirkt neben den bisher vorhandenen Mechanismen weiterhin einen Stoffschluss. Dieser optimiert die Verbundeigenschaften und verlängert die Einsatzdauer der metall-keramischen Schichtverbunde. Besonderer Fokus liegt dabei auf der Ausbildung des Interfaces und den damit verbundenen Eigenschaftsänderungen der Einzelkomponenten des Schichtverbundes. Mittels Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie sowie thermodynamischen Berechnungen (FactSage) wird der Stoffschluss am metall-keramischen Interface untersucht. Die Langzeitbeständigkeit ist abhängig von der Ausbildung der Grenzfläche und den Eigenschaften der Materialien nach der Co-Fertigung. Es können co-gesinterte Metall-Keramik-Laminate, die mittels grün-in-grün Streichen und Foliengießen hergestellt werden, durch einen Form-, Kraft- und Stoffschluss fest miteinander verbunden werden. Die verwendeten Werkstoffe ZrCh 3Y-E und der 17-4PH-Stahl zeigten eine oxidische Mischphasenbildung in der Grenzfläche, die aus den Elementen beider Materialien hervorgegangen ist. Die zur vollständigen Verbrennung der Suspensionsadditive genutzte Luft während der Entbinderung fördert die Bildung von Oxiden im Stahl. Das Bulkmaterial der Stahlschicht weist Mangel an Legierungselementen auf, die sich separieren, als Oxide ausscheiden oder aus dem Laminat austreten. Ein signifikanter Einfluss auf die Eigenschaften der Einzelmaterialen sowie des Schichtverbundes kann nicht nachgewiesen werden, da die Verluste der Legierungselemente vergleichend zu den Hauptbestandteilen des Stahles gering sind. Durch thermodynamische Berechnungen konnten die Zusammensetzungen der während der Sinterung gebildeten Phasen identifiziert werden. Die theoretischen Ergebnisse bestätigen die praktischen Analysen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-360446.html