μ-MIM® Technical Newsletter Vol. 36: Grundlagen der Dichtemessung von gesinterten Bauteilen
Es ist nie zu spät, etwas zu lernen! Dieses Mal möchten wir die Grundlagen der Messung der Sinterdichte, einer grundlegenden physikalischen Eigenschaft von MIM-Bauteilen, wiederholen.
Was ist "Dichte"?
Die Dichte ist die Masse eines Stoffes pro Volumeneinheit. Während die Masse eindeutig auf der Erde bestimmt wird, gibt es verschiedene Methoden zur Messung des Volumens. Es gibt kein Material, auch nicht die Sinterteile, das garantiert fehlerfrei ist. Der Schlüssel liegt darin, wie man das Volumen eines Materials mit offenen und geschlossenen Poren misst, wie in den Abbildungen (b), (c) und (d) unten gezeigt, oder mit anderen Worten, was das Volumen definiert. MIM-Teile geben normalerweise die relative Dichte an, die mit der Archimedes-Methode gemessen wird. Die relative Dichte wird auf der Grundlage der wahren Dichte eines idealen Materials ohne Defekte, wie in der Abbildung (a) unten dargestellt, als Prozentsatz berechnet.
Vielfalt der Dichtemessung
- Scheindichte
Wenn die Form einfach ist, wie z. B. eine Platte oder ein Stab, und sie auch nur geschlossene Poren hat, wie in der Abbildung (b) gezeigt, kann die Scheindichte berechnet werden, indem die äußeren Abmessungen mit einer Schieblehre oder einem Mikrometer gemessen werden, um das Volumen zu berechnen. - Archimedes-Methode
Diesist die universellste Messmethode für nicht einfache oder unregelmäßig geformte Substanzen mit offenen Poren. Dabei ist zu beachten, ob die für die Messung verwendete Flüssigkeit, reines Wasser bei 4°C, 1atm, alle offenen Poren vollständig durchdringen kann oder nicht. Bei Poren mit engen Öffnungen, wie in der Abbildung (d) dargestellt, muss man sich bemühen, die Poren mit einer Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung zu füllen, wie z. B. IPA, die wir hauptsächlich verwenden. Falls eine andere Flüssigkeit als reines Wasser verwendet wird, müssen bei der Berechnung des Volumens auch die Eigenschaften oder die Dichte berücksichtigt werden. - Trockenmessmethode
Beiden in der Abbildung (d) dargestellten engen Kanalporen wird in der Regel He-Gas anstelle einer Flüssigkeit für die relative Volumenmessung eingesetzt. Für diese Methode besitzen wir den AccuPyc II 1340 von Micromeritics, wie auf dem Foto unten zu sehen.
Fazit
Density means that its value varies depending on the method of volume measurement. In the above measurement methods, the measured densities are larger in the order of apparent density < Archimedes method < dry measurement method. We use the Archimedes method as the basis of our sintered parts evaluation, and also the dry measurement method according to the properties of the sintered components.
Säule
Die Regenzeit wird in Osaka, Japan, sehr bald einsetzen. Sie dauert normalerweise einen Monat, gefolgt von einem sehr heißen und feuchten Sommer. In Kyoto gibt es eine traditionelle Kultur, japanische Süßigkeiten namens Minazuki zu essen, um den Menschen zu helfen, diesen Sommer sicher zu überstehen. Wir wünschen Ihnen allen eine gute Gesundheit in den sehr heißen Sommertagen, die auch in Deutschland bald kommen werden.
Fazit
Risse, Absacken oder Blasenbildung werden häufig als Folge des Aufquellens des Bindemittels und/oder der unterschiedlichen Eigenspannungen zwischen der Oberfläche und dem Inneren beobachtet. Diese Probleme lassen sich durch die Auswahl geeigneter organischer Lösungsmittel und durch Temperaturkontrolle vermeiden.
Das katalytische Entbindern nutzt die Sublimation des Bindemittels, wodurch es möglich ist, das Bindemittel in relativ kurzer Zeit zu zersetzen und die Verformung zu minimieren. Bei einer stark sauren Atmosphäre ist die Auswahl an Metallwerkstoffen jedoch begrenzt.
Beim Sinterprozess setzt die Halsbildung („Necking“), d. h. die Ausbildung von Brückenbindungen zwischen Metallpulverkörnern durch thermische Diffusion, bei Erreichen der Sintertemperatur ein. Sobald dieses Necking einsetzt, wird eine Schrumpfung beobachtet, die die Dichte erhöht. Bevor das Necking einsetzt, sollten daher alle organischen Bestandteile zersetzt und das Gas zwischen den Pulverkörnern entfernt werden. Im Sinterprozess führen unerwünschte chemische Reaktionen wie Oxidation oder Karbonisierung zum Verlust mechanischer Eigenschaften, weshalb zu Beginn des Prozesses eine präzise Atmosphärensteuerung mit niedriger Heizrate erforderlich ist. Wenn die Sintertemperatur erreicht ist, können außerdem einige pflanzenbasierte Bindemittel verdampfen.