Instrumented uniaxial pressing
Die in der keramischen Praxis nach wie vor eine bedeutende Rolle einnehmende Formgebung durch uniaxiales Matrizenpressen setzt die Verwendung von Granulaten mit hoher Kompressibilität bei ausreichendem Deformationsvermögen sowie einer generellen Pressbarkeit zu handhabbaren Formkörpern voraus. Das bedeutet, dass die Granulate solche Eigenschaften aufweisen müssen, die eine Herstellung von Formkörpern mit hoher Dichte und Festigkeit bei gleichzeitig minimalen Eigenschaftsgradienten in axialer und radialer Richtung gewährleisten. Das Auftreten von makroskopischen Defekten wie end-capping oder Laminierungen muss durch die Auswahl geeigneter Systeme organischer Additive mit bindender und im Idealfall simultan reibungsvermindernder Wirkung sowie die Führung des Verdichtungsprozesses ebenso ausgeschlossen werden, wie die Entstehung von für die Festigkeitsabsenkung im gesinterten Bauteil verantwortlichen mikroskopischen Gefügedefekten.
Angesichts von empirisch häufig mit “Einfluss des Presswetters“ beschriebenen Phänomenen sowie nicht reproduzierbarer Wirksamkeit “eigentlich identischer“ organischer Additive, die noch dazu nach dem trial-and-error-Verfahren ausgewählt werden, sind zur besseren Nutzung des Eigenschaftspotenziales keramischer Materialien grundlegende Verbesserungen in der Granulatherstellung und -verarbeitung, verbunden mit detaillierter Kenntnis der im jeweiligen Prozessschritt ablaufenden Vorgänge, eine zwingende Voraussetzung.
Wesentlich dafür erscheint eine Messmethode, die, über die prozessbegleitenden Charakterisierungen von Suspensionen, Granulat- und Formkörpereigenschaften hinaus, ein Maximum an Ergebnissen zum Verhalten von Granulaten schon unmittelbar bei der uniaxialen Pressverdichtung zu messen erlaubt. Mit der Entwicklung instrumentierter Presswerkzeuge und deren auf den Ergebnissen kontinuierlicher Materialuntersuchungen basierender ständiger hard- und softwaremäßiger Weiterentwicklung wurde ein Instrumentarium geschaffen, das über ein System ermittelbarer pressspezifischer Parameter, bestehend aus Formkörpereigenschaften, reibspezifischen Parametern, energetischen Kenngrößen, den Verhältnissen bei der elastischen Relaxation sowie Druck- und Scherspannungsverteilungen, zur Lösung der folgenden aktuellen Schwerpunktprobleme der Pressverdichtung wesentliche Beiträge leistet:
- Grundlagen der uniaxialen Pressverdichtung von Pulvern und Granulaten
- Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Pulvereigenschaften - organischen Additiven - Granulationsparametern - Granulateigenschaften - Verdichtungsverhalten - Formkörpereigenschaften
- Systematisierung der Wirkung von Binde- und Gleitmitteln mit unterschiedlichen Eigenschaften (u.a. Glasübergangstemperatur, Kettenlänge) auf die Verdichtung eines breiten Spektrums an Grundmaterialien
- Beeinflussung des Lager- und Verdichtungsverhalten von Granulaten durch klimatische Einflüsse
- Einfluss von Matrizenwerkstoff und -zustand auf verdichtungsspezifische Kenngrößen und Verdichtungsergebnis
- Berechnung der 3-D Dichteverteilung in gepressten Formkörpern
- Untersuchungen zum Deformationsverhalten und der Festigkeit gepresster Formkörper
- Erarbeitung anwendungsspezifischer Lösungen für die Herstellung und Verarbeitung von Granulaten durch uniaxiales Trockenpressen in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IKTS Dresden
Ein Rundgang durch das Arbeitsgebiet:
Ansprechpartner:
Manfred Fries (Fraunhofer IKTS)
+49 (0) 351 / 2553-7810
Manfred Fries