Erstarren - Werkstoffwissenschaften
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Erstarrung<br />
1. Keimbildung → 2. Keimwachstum<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe
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Homogene Keimbildung<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe
Heterogene Keimbildung<br />
Schmelze<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe<br />
x<br />
Fremdpartikel<br />
R<br />
r<br />
Adsorptionsschicht
Vergleich Homogene / Heterogene Keimbildung<br />
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1. spezifische Wärme↑ bis T E → 2. latente Wärme↑ : fest→fl.<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe
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Erstarrungsarten bzw. -morphologien<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe
Planare Erstarrung<br />
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Stabilität der Erstarrungsfront<br />
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Erscheinungsformen einphasiger Erstarrungen<br />
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Gussstrukturen<br />
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Gussarten:<br />
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Kornfeinung von Al-Guss mit Ti<br />
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Lunkerbildung<br />
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© www.ifb.ethz.de
Gerichtete Erstarrung<br />
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Experimentelle Möglichkeiten v Er und G [grad(T)] einzustellen<br />
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•Form auf T>T L<br />
•fl. Legierung einfüllen<br />
•Legierung erstarrt auf<br />
Kühlplatte<br />
•Verringerung der Heizleistung<br />
Prozesse zur gerichteten Erstarrung<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe<br />
•Form auf T>T L<br />
•fl. Legierung einfüllen<br />
•Legierung erstarrt auf<br />
Kühlplatte (Cu)<br />
•Form aus Heizer gezogen<br />
•Kühlen durch Wärmestrahlung
[001] Textur in einem Kornselektor zur Einkristallzucht<br />
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Schmelzvorrichtungen<br />
Mikrowellen Mikrowellen<br />
(micro<br />
(micro<br />
wafe)<br />
wafe)<br />
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Strahlung Strahlung<br />
(IR-radiation)<br />
(IR-radiation)<br />
© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
Glasschmelzwanne:<br />
• Drehrohrofen<br />
• Hochofen<br />
• …<br />
Brennstoffbeheizte Öfen<br />
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Tunnelofen/Herdwagenofen/Rollenofen (Keramik):
Dreiphasenelektrolichtbogenofen<br />
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© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
Gleichstromlichtbogenofen<br />
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Vakuuminduktionsschmelzen – Vacuum Induction Melting<br />
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© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
Eigenschaften von VIM<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe<br />
© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
VIM Anlagentechnik<br />
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Elektroschlackeumschmelzen – ElectroSlag Remelting<br />
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© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
Elektronenstrahlschmelzen – Electron Beam Melting<br />
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© R. Völkl: Schmelze Erstarrung Grenzflächen
Widerstandsbeheizte Öfen<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe
Mikrowellenöfen<br />
• Beim Mikrowellensintern wird die für das Sintern<br />
benötigte Wärme im Inneren des Werkstücks<br />
erzeugt, deshalb können wesentlich kürzere<br />
Prozesszeiten erzielt werden.<br />
• → das Kornwachstum kann verringert werden (z.B.<br />
bei der Herstellung von Siliziumnitridkeramiken)<br />
• Temperaturwerte in einem Messbereich von 150 °C<br />
bis 1900 °C.<br />
• Vorrangig für Glas und Keramiken<br />
• Die Erwärmung durch das von Mikrowellen<br />
verursachte elektromagnetische Wechselfeld<br />
beruht auf Anregung der Rotationsschwingungen<br />
dipolarer Molekühle bzw. Elektronenanregung.<br />
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Ort<br />
Konvektion /<br />
IR-Temperung<br />
Coating<br />
Substrat<br />
Temperatur<br />
hohe Aufheizraten<br />
hohe Temperaturen (>1200°C)<br />
abgeschlossener Probenraum<br />
flexible Partialdrücke einstellbar<br />
einseitiger Energieeintrag<br />
Ellipsoidspiegelofen<br />
Reflektor<br />
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N 2<br />
Lampe<br />
SiO 2 -Scheibe<br />
Substrat<br />
Kühlung<br />
Erweiterung des Substrat-Spektrums<br />
In-situ-Erwärmung an Bauteiloberflächen
Gesamt-Bestrahlungsstärke:<br />
E ges<br />
= ∫<br />
λ<br />
λ<br />
1<br />
2<br />
( α ⋅ E<br />
λ<br />
λ<br />
) ⋅ dλ<br />
Strahlungsöfen<br />
T [°C]<br />
Strahlungsleistung:<br />
Φ = σ ⋅ε<br />
⋅<br />
A ⋅T<br />
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4<br />
Überhitzungsphase<br />
Wirksamste Bereich/<br />
Optimum<br />
Erwärmungs-/<br />
Verdampfungsphase<br />
σ (Stefan-Boltzmann-Konst.)=5,67*10 -8 W/m 2 K 4<br />
ε (Wolfram)=0,32 (bei 2400 K)<br />
T=Wendeltemperatur<br />
A=strahlende Oberfläche
Strahlungsofen<br />
Institut für <strong>Werkstoffwissenschaften</strong> und –technologien / FG Keramische Werkstoffe<br />
© www.dlr.de
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