Energieeffizientes Zwei-Stufen-Sintern von ZTA-Keramiken

Zirkoniumdioxid (ZrO₂) verstärktes Aluminiumoxid (Al₂O₃), sogenannte ZTA-Keramiken, gehören zu den Mischoxidkeramiken und sind hydrothermal beständiger und fester als reines ZrO₂ und reines Al₂O₃. Daher eignen sich ZTA-Keramiken hervorragend für medizinische Anwendungen. Entscheidend für die verbesserten Eigenschaften von Mischoxidkeramiken ist die Verteilung der einzelnen Phasen: Bei einer homogenen Phasenverteilung und hoher Sinterdichte werden höhere Festigkeiten und Härten erreicht. Konventionell werden ZTA-Keramiken entweder einstufig gesintert oder nach dem Sintern energie- und kostenintensiv über heißisostatisches Pressen (HIP) nachverdichtet. Am Fraunhofer IKTS wurde eine Zwei-Stufen-Sintermethode etabliert, die genauso dichte Gefüge (bei vergleichbarer Korngröße) erzielt, wie die konventionellen Methoden, jedoch wesentlich ressourcen- und energieschonender ist. Die Herstellung der Grünkörper erfolgte zunächst über die Mahlung der kommerziell erhältlichen Rohstoffe (75 Gew.-% Al₂O₃, 25 Gew.-% ZrO₂ – stabilisiert mit 3 Mol% Yttriumoxid) in einer Hochenergie-Kugelmühle, Sprühgranulierung und anschließender Formgebung mittels dem Trockenpressverfahren. Grünkörper mit einer theoretischen Dichte von > 56 % wurden in drei Gruppen eingeteilt – die erste wurde konventionell an Luft gesintert, die zweite anschließend mit HIP behandelt, während die dritte Gruppe in zwei Stufen an Luft gesintert wurde. Die Sinterdichten zeigen, dass das Zwei-Stufen-Sintern gegenüber dem einstufigen Sintern zu einer deutlich höheren Verdichtung (4,36 g/cm³ – entspricht > 99,9 % der theoretischen Dichte) führt. Auch gegenüber dem Sintern mit anschließender kostenintensiver HIP-Behandlung erzielt das Zwei-Stufen-Sintern vergleichbare Ergebnisse bei Sinterdichte und Mikrogefüge. Somit ist das Zwei-Stufen-Sintern eine vielversprechende alternative Sintermethode zur Erhöhung der Energieeffizienz.

Leistungs- und Kooperationsangebot

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