Processing of ceramic materials with tailored microstructures deploying tape casting and stereolithographic 3D-printing

Titel in Übersetzung: Herstellung von keramischen Materialien mit eingestellten Gefügeeigenschaften mittels Tape Casting und stereolithograhischem 3D-Druck

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

114 Downloads (Pure)

Abstract

Keramiken kommen oft zum Einsatz, wenn Materialien anderer Klassen an ihre Grenzen gelangen. Eigenschaften wie geringe Dichte, Abriebbeständigkeit, Biokompatibilität, sowie die Fähigkeit thermisch und/oder elektrisch isolierend beziehungsweise leitend zu sein, werden vor allem durch die ionische und teils kovalente Bindung der Atome bestimmt. Zusätzlich trägt der Aufbau des polykristallinen Gefüges signifikant zu den Struktur- und Funktionseigenschaften von Keramiken bei. So verschieden die Eigenschaften und Einsatzgebiete von Keramiken sein können, so verschieden kann ein keramisches Gefüge erscheinen (große/kleine Körner; anisotrope/isotrope kristallographische Orientierung der Körner; hohe/niedrige Porosität; ein-/mehrphasig). Bezogen auf Struktureigenschaften, wird für hohe Festigkeiten ein Gefüge mit feinen Korngrößen bevorzugt, wohingegen grobe und kristallographisch orientierte Körner für eine erhöhte Schadenstoleranz erwünscht sind. Die Ausbildung genannter Gefügeeigenschaften, wie Korngröße und Porosität, hängt von der Diffusivität der Atome während des Sinterprozesses ab. Die Diffusivität kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden, wie zum Beispiel die Partikelgröße und die Aufbereitung des keramischen Pulvers, die Formgebung, die Gründichte, Verunreinigungen, Sinteradditive, Dotierungselemente sowie die Sinterparameter. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Formgebungsverfahren, sowie konventionelle und nicht-konventionelle Sintertechnologien verwendet. Der Einfluss dieser auf die Gefügeeigenschaften von Alumina Keramiken und folglich auf mechanische sowie optische Eigenschaften wurde untersucht. Tape Casting und stereolithographischer 3D-Druck wurden verwendet um texturiertes Alumina nach dem Prinzip von `Templated Grain Growth` herzustellen. Untersucht wurde das Bruchverhalten sowohl von monolithischen, als auch von zweiphasigen texturierten Alumina Keramiken. Weiters wurden Proben in einem Spark Plasma Sintering (SPS) Ofen unter Druck gesintert, um die Möglichkeit von texturierten, dichten und transluzenten Alumina Keramiken zu untersuchen. SPS und auch andere nicht-konventionelle Sintertechnologien verwenden oftmals Druck um Gefügeeigenschaften von Keramiken zu optimieren. Durch die Aufbringung des Drucks sind diese Technologien stark limitiert auf einfache Geometrien. Komplexe Bauteile, hergestellt mittels additiver Fertigung, werden bis heute hauptsächlich konventionell gesintert. Ziel war es einen drucklosen SPS Aufbau zu verwenden um das Gefüge von 3D-gedruckten Alumina Keramiken einzustellen. Mit Heizraten von ~ 450 °C/min sollten Korngrößen unter 1 µm, aber auch ein texturiertes Gefüge erreicht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der untersuchte Aufbau in Zukunft eine Möglichkeit bieten könnte, um bei reduzierter Prozessdauer (im Bereich von Minuten), als auch geringerem Energieverbrauch die Gefügeeigenschaften und folglich auch die mechanischen Eigenschaften von komplexen Keramiken zu optimieren.
Titel in ÜbersetzungHerstellung von keramischen Materialien mit eingestellten Gefügeeigenschaften mittels Tape Casting und stereolithograhischem 3D-Druck
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Franchin, Giorgia, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Konegger, Thomas, Beurteiler A (extern)
  • Messing, Gary L., Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Bermejo, Raul, Betreuer (intern)
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Tape Casting
  • Textur
  • Alumina
  • Additive Fertigung
  • Vat Photopolymerisation
  • 3D-Druck
  • Stereolithographie

Dieses zitieren