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Möglichkeiten und Grenzen thermodynamischer Modellierung von Nichtoxidkeramiken

 
: Herrmann, M.; Can, A.; Ihle, J.; Hermel, W.

Kolaska, H. ; Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. -DGM-, Oberursel; Deutsche Keramische Gesellschaft e.V. -DKG-:
Pulvermetallurgie: Simulation - Gefüge - Bauteileigenschaften : Hagener Symposium am 9. und 10. Dezember 2004 in Hagen
Hagen: ISL-Verl., 2004 (Pulvermetallurgie in Wissenschaft und Praxis 20)
ISBN: 3-933842-79-4
S.243-258
Hagener Symposium Pulvermetallurgie <2004, Hagen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IKTS ()
Nichtoxidkeramik; Materialeigenschaft; Werkstoffforschung; Modellmethode; Thermodynamik; Sintern; Wechselwirkung; Gefügezustand; Berechnung

Abstract
Die Möglichkeiten der Werkstoffentwicklung mit Hilfe der thermodynamischen Modellierung werden an Beispielen von Siliciumnitrid- und Siliciumcarbidkeramiken vorgestellt. Siliciumnitrid lässt sich mit Ausnahme von Prozessen unter hohen Drücken (HIP) nur mit Hilfe von Sinteradditiven vollständig verdichten. Bei Sintertemperaturen von 1600 bis 2000 Grad C kommt es zu erheblichen Wechselwirkungen mit der Sinteratmosphäre, die zu Gewichtsverlusten im Prozentbereich führen können. Grundlage für die heute unter Produktionsbedingungen realisierte reproduzierbare Herstellung von Siliciumnitridwerkstoffen stellt das gezielte Einstellen von Gefügen und das erreichte Verständnis der Gefüge- Eigenschafts-Korrelationen dar. Auf diesen Grundlagen baut eine Reihe von Modellierungen zur Reduzierung der Zersetzungsreaktionen beim Sintern, der Stabilität von Kompositen und der Korrosionsbeständigkeit bis hin zur Modellierung der Prozesse, die zur Ausbildung der dunklen Färbung der Werkstoffe führen, auf. Ein weiterer Aspekt der thermodynamischen Modellierung der Werkstoffe ist die Stabilität der amorphen Korngrenzenfilme, da diese wesentlich sowohl Raum- als auch Hochtemperatureigenschaften von Siliciumnitridwerkstoffen beeinflussen. Mit den Methoden der thermodynamischen Modellierung ist nicht nur die Beschreibung von Gleichgewichtsprozessen, sondern auch die Modellierung von Nichtgleichgewichtsprozessen und -Phasen von Oxidationsprozessen oder von Prozessen in chemischen Reaktoren durch die Kopplung von lokalen Gleichgewichten mit Transportprozessen möglich. Neben den Daten für reine Komponenten ist die Beschreibung der Schmelzphasen und festen Lösungen Voraussetzung für die quantitative Beschreibung der Prozesse. Die Bestimmung und Verfeinerung konsistenter Datensätze für die relevanten Systeme ist daher eine vordringliche Voraussetzung für die effektivere Nutzung der thermodynamischen Modellierung in der Werkstoffentwicklung. Ungeachtet dessen können mit den existierenden Datensätzen die ablaufenden Prozesse modelliert und Schlussfolgerungen abgeleitet werden, die, wenn auch nicht immer quantitativ, eine Ableitung von Strategien zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften und der Herstellungsprozesse erlauben.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-43424.html