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Stahl-Keramik-Verbunde durch Pulverspritzgießen

Steel-ceramic-compounds via powder injection moulding
 
: Baumann, A.; Mayer, D.; Moritz, T.; Lenk, R.

:

Krenkel, W. ; Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. -DGM-, Oberursel; Univ. Bayreuth:
Verbundwerkstoffe. 17. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde 2009 : 01.-03. April 2009, Bayreuth
Weinheim: Wiley-VCH, 2009
ISBN: 978-3-527-32615-0
S.502-512
Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde <17, 2009, Bayreuth>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IKTS ()
Werkstoffverbund; Metall; Keramik; 2C-PIM; multicomponent injection molding

Abstract
Metallkeramische Werkstoffverbunde vereinen die Duktilität der metallischen Komponente mit der hohen Festigkeit und Temperaturbeständigkeit keramischer Materialien. Die Kombination der beiden Werkstoffe Stahl und Keramik in einem Bauteil führt zur Erhöhung der Funktionsdichte, und kann vor dem Hintergrund einer Miniaturisierung desselben betrachtet werden. Beide Aspekte stellen somit die wirtschaftliche Relevanz entsprechender multifunktioneller (Verbund-)Bauteile und damit deren industrielle Nachfrage, im Sinne eines obligatorischen Entwicklungskriteriums, grundlegend sicher. Das Anforderungsprofil an das Verbundbauteil ist komplex und prägt dessen Ausführung in vergleichbarem Maße wie die zur Verfügung stehende Fertigungstechnologie. Die beiden aus der Kunststoffformgebung stammenden Mehrkomponentenspritzgussverfahren 2K-Spritzgießen (2C-PIM) und Folienhinterspritzen (Inmould Labeling) sollen im Folgenden zur pulvertechnologischen Herstellung von Stahl-Keramik-Verbunden genutzt werden. Im Gegensatz zum 2KPulverspritzgießen, bei dem i.d.R. zwei thermoplastische Spritzgussmassen miteinander kombiniert werden, wird beim Folienhinterspritzen die zweite Materialkomponente in Form eines pulvertechnologischen Halbzeuges (einer Grünfolie), das in die Kavität des Spritzgusswerkzeuges eingelegt wird, eingebracht. Das durch Großserientauglichkeit, einem hohen Grad an Automatisierbarkeit sowie durch die geometrische Komplexität der zu fertigenden Bauteile/Komponenten gekennzeichnete (2K-) Pulverspritzgießen wird durch die Verfahrensoption Folienhinterspritzen um zwei entscheidende Freiheitsgrade erweitert.So erlauben die dünnen (50μm bis 1mm), großflächigen Grünfolien die Realisierung von Aspektverhältnissen, die beim herkömmlichen Pulverspritzgießen aufgrund der Beschränktheit der Fließwege, im Regelfall nicht erreicht werden können. Hinzu kommt, dass das Halbzeug Grünfolie werkstofflich so modifiziert werden kann, dass z.B. ein gradierter Materialübergang in die Folie eingebracht wird. Durch das reguläre 2K-Pulverspritzgießen allein wäre es nicht möglich einen Gradienten in die Fügezone einzubringen. Erfolgt die Folienentwicklung so, dass neben dem obligatorischen Stanzen das Prägen bzw. Tiefziehen möglich ist, kann man selbst dreidimensional ausgeformte Werkzeugkavitäten damit auslegen. Eine Grünfolie kann somit entweder als funktionale Oberfläche oder als haftvermittelnde Zwischenschicht des Verbundformkörpers dienen.Die prinzipielle Darstellbarkeit von Metall-Keramik-Verbunden muss grundlegend unter zwei Gesichtspunkten, dem Werkstoffsystem und der zur Verfügung stehenden Fertigungstechnologie, betrachtet werden. Die wesentliche Frage ist, wie haltbar ist der Verbund zwischen zwei Werkstoffen mit jeweils metallischen oder ionischen/kovalenten Bindungen im Vollmaterial bzw. wie kann eine chemische Bindung zwischen beiden Werkstoffen erreicht werden. Es gibt Bestrebungen seitens der Grundlagenforschung die Eigenschaften und Randbedingungen von Metall-Keramik-Verbundzonen z.B. mittels ab initio Rechnungen zu beschreiben. Jedoch hängt die technologische Entwicklung hier in mindestens dem gleichen Maße von empirischen Erfahrungswerten ab. Historisch belegt wird erstmals unter dem Begriff Functional Gradient Materials (FGM) eine Gruppe definierter, maßgeschneiderter, pulvertechnologisch hergestellter Metall-Keramik-Verbunde zusammengefasst. Mit gleicher Wichtung, ist hier das Aktivlöten als Verfahren der Wahl nach dem Stand der Technik zum Fügen von Metall und Keramik zu nennen. Das in der vorliegenden Arbeit vorgestellte Konzept zur Stahl-Keramik-Verbundkörperherstellung ist vollkommen neu und vereint die Aspekte des Fügens und der Formgebung in nur einem Fertigungsschritt.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-93307.html