Prozessentwicklung für das Mikro-Pulverspritzgießen von ... - FZK

3 Stand der Forschung
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• Pseudoplastizität (auch Strukturviskosität genannt)
Pseudoplastische Fluide weisen bei kleinen Schergeschwindigkeiten ein dem idealviskosen
ähnliches Verhalten auf. Erst oberhalb einer kritischen Schergeschwindigkeit
nimmt die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit ab.
• Dilatanz
Dilatantes Fließverhalten liegt vor, wenn mit steigender Schergeschwindigkeit ein Anstieg
der Viskosität auftritt.
Die unterschiedlichen Verhaltensweisen sind in Abbildung 3.6 schematisch dargestellt.
Abbildung 3.6 Schematische Darstellung des rheologischen Verhaltens von Fluiden [KU-
L 86].
Für das Spritzgießen geeignete Formmassen, so genannte Feedstocks, sind üblicherweise
strukturviskos. Eine Erhöhung des Pulverfüllgrads sowie eine erhöhte Agglomeration der
Pulverpartikel haben eine Zunahme der Viskosität zur Folge [LEW 68]. Um ein viskoses
Fließen der Formmasse zu ermöglichen, sollten die Pulverpartikel mit einer Binderschicht von
mindestens zehn Moleküllängen benetzt sein [WIR 90]. Nach German kann die Binder-
schichtdicke, abhängig vom eingesetzten Binder, zwischen 1 nm und 1000 nm betragen
[GER 90-5]. Rath et al. [RAT 01-2] haben für einen Wachs/ Polyolefin-Binder eine Binderschichtdicke
von 14 nm ermittelt. Entsprechend muss eine Pulverfüllgradoptimierung durchgeführt
werden, um eine ausreichende Binderbenetzung der Pulverpartikel zu gewährleisten.
Zur Quantifizierung der Grünfestigkeit haben Liu et al. [LIU 03] Zugversuche an grünen
Zugproben aus einer Formmasse der Zusammensetzung 91 Gew.% M2-Stahl und 9 Gew.%
Binder (PAN250) durchgeführt und eine durchschnittliche Zugfestigkeit von 4 MPa sowie
eine Bruchdehnung unter 1 % ermittelt. Die von Liu et al. gemessenen Spannungs-Dehnungs-
Kurven sind in Abbildung 3.7 dargestellt.