Untersuchung der Teilchenrotation und -translation beim Sintern metallischer Pulverhaufwerke mit Hilfe der Mikrocomputertomographie

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Zielstellung für dieses Forschungsvorhaben ist die Aufklärung und Darstellung von Verdichtungsvorgängen innerhalb verschiedener technologischer Stadien der pulvermetallurgischen Verfahrenstechnik. Dazu sollen an speziell zu entwickelnden Modellproben kooperative und andere Materialtransportvorgänge mit Hilfe eines Mikrocomputertomographen detektiert und anschließend analysiert werden. Mit der Mikrocomputertomographie steht zur Erforschung dieses Zusammenhangs erstmals eine Technologie zur Verfügung, die eine systematische Analyse der Verdichtungsvorgänge im Volumen puvermetallurgischer Körper ermöglicht. So kann erstmals die räumliche Bewegung ganzer Pulverteilchen (kooperativer Materialtransport) in bestimmten Stadien der Verdichtung von Partikelsystemen eines Pulvers verfolgt und alle geometrischen Änderungen es räumlichen Gefügeaufbaus bis zu einer maximalen Auflösung von derzeit 10 µm analysiert werden. Anhand von Modellen aus sphärischen Cu-Pulvern sollen hierzu einzelne Sinterzustände eingefroren, jeweils tomographiert und wieder wärmebehandelt werden. Durch die Verarbeitung der dabei gewonnenen dreidimensionalen Datenmatrizen mit neuartigen mathematischen Algorithmen soll es möglich werden, den Sinterzustand (Stadium) durch komplexe Größen (Eulerzahl, integrale Krümmung) zu beschreiben. Neue Impulse werden dazu vor allem bei der Einbeziehung verschiedener Beschreibungsmodelle der Sinterkinetik erwartet, wie beispielsweise das Abgleiten ganzer Pulverteilchen aufgrund erhöhter Versetzungsdichte (Viskositätserniedrigung) im Pulverkontaktbereich oder deren Beweglichkeit durch instabile Kontaktzustände im Sinterhals noch im späten Sinterstadium. Neben der translatorischen ist auch die rotatorische Bewegung für die Pulverhaufwerkverdichtung von entscheidender Bedeutung. Hier werden entscheidende Impulse von der Darstellung asymmetrischer Kontaktzonen (Sinterhälse) erwartet. Vor allem die Geschwindigkeit und die zu erwartenden räumlichen Umordnungsvorgänge ganzer Pulverteilchen sowie deren Beitrag zur Gesamtschwindung sind dabei von großem Interesse. Die in diesem Projekt zu erielende hohe Anzahl von digitalen 3D-Dichte- und Ortsverteilungen (Matrizen) der untersuchten Materie eröffnet die Möglichkeit für eine Realsimulation des räumlichen Sintergeschehens. Insgesamt wird hierdurch der Grundstein für eine Informationsdatenbank gelegt, deren überragender Vorteil darin besteht, sich auf reale Meßdaten stützen zu können. Spätere Ergänzungen bzw. Modifikationen von Sintermodellen auf der Grundalge neuartiger theoretischer Ansätze oder Erkenntnisse können darauf aufbauen.