Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Die Field Assisted Sintering Technology (FAST) oder das Spark Plasma Sintering (SPS) als druckunterstütztes Formgebungs- und Sinterverfahren kombiniert eine direkte elektrische Beheizung durch einen im Kilohertzbereich gepulsten, bei niedrigen elektrischen Spannungen arbeitenden elektrischen Gleichstrom und einen gleichzeitig uniaxial applizierten Druck. Aufgrund der direkten elektrischen Beheizung des Probenvolumens und/oder des Grafitwerkzeugs wird sehr effektiv Wärme nahe oder im Bauteilvolumen erzeugt. Dadurch lassen sich folgende Ergebnisse erzielen:
- Druckunterstützte effektive Verdichtung
- Erzeugung Joulescher Wärme direkt im oder nahe des Bauteilvolumens
- Sehr hohe Heizraten (bis 400 K/min) und kurze Haltezeiten
- Kurze Prozesszeiten (< 20 min)
Damit können neue Werkstoffe verdichtet und neuartige Werkstoffkonzepte umgesetzt werden:
- Nichtgleichgewichtskomposite (Diamantschneidwerkstoffe)
- Nanokristalline, dichte Werkstoffe
- Funktional gradierte Materialien
- Transparente Keramiken
Die Skalierbarkeit von kleinen zu großen Probendurchmessern wird durch die zweite, unabhängig regelbare Wärmequelle, die das Werkzeug umgebende Induktionsheizung, sichergestellt. So können auch bei hohen Heizraten große Bauteile homogen durchwärmt und mit homogenen Eigenschaften gesintert werden.
Die Anlage ist zusätzlich mit einer höheren Spannungsversorgung ausgestattet, um Versuche zum »Flash Sintering« unter FAST/SPS-Bedingungen zu durchzuführen. Dabei wird die ohnehin hohe Prozessgeschwindigkeit weiter erhöht und unikale Mikrostrukturen lassen sich so in dicht gesinterten Werkstoffen herstellen. Zur Umsetzung dieser Technologie in beherrschbare und skalierbare Prozesse finden aktuell umfangreiche Forschungsarbeiten statt.
Leistungsangebot
- Druckunterstütztes Sintern keramischer oder metallischer Pulver
- Prozessdatenauswertung
- Finite-Elemente-Simulation zur Visualisierung der Stromdichte und Temperaturverteilung
- Optimierung und Skalierung von FAST/SPS-Prozessen inkl. Werkzeugauslegung und -bau
Technische Ausstattung
| Hybridbeheizte FAST/SPS- Anlage | bis Ø 100 mm | T = 2400 °C | p = 50 MPa | Vak., N2, Ar, Ar/H2 |