19. Sitzung des Expertenkreises FAST/SPS erfolgreich getagt

Am 01. Dezember 2021 fand die 19. Sitzung des Expertenkreises FAST/SPS unter dem Vorsitz von Prof. Olivier Guillon, Forschungszentrum Jülich, statt. Ort des Treffens war das Atelier Auer, Mercedesstr. 3, Stuttgart. Anschließend gab es die Möglichkeit, die Firma Dr. Fritsch in Stuttgart-Fellbach zu besuchen. Etwa 40 nationale und internationale Teilnehmer aus Industrie, Forschungsinstituten und Universitäten nahmen aktiv an dem Treffen teil.

Es wurden 8 Vorträge gehalten, die hier kurz zusammengefasst werden:

1) Vorstellung der Dr. Fritsch GmbH (Jens Huber, Dr. Fritsch GmbH)
Die Firma Dr. Fritsch wurde 1953 gegründet und zog 1969 nach Stuttgart-Fellbach um. Die Firma befindet sich in Familienbesitz, hat rund 100 Mitarbeiter und zwei weitere Niederlassungen in Bangalore, Indien und Danyang, China. Das Portfolio von Dr. Fritsch umfasst FAST/SPS-Anlagen (mehr als 1000 Anlagen sind in der Industrie im Einsatz, u.a. für diamantverstärkte Werkstoffe), sowie Anlagen zum Dosieren, Mischen, Granulieren und Kaltpressen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Automatisierung von FAST/SPS-bezogenen Prozessschritten. Darüber hinaus liefert Dr. Fritsch Pulver für diamantverstärkte Werkstoffe.

2) Machine science – transformer technique (Gerhard Weber, Dr. Fritsch GmbH)

Gerhard Weber erläuterte die verschiedenen Möglichkeiten zur Konstruktion einer FAST/SPS-Anlage mit besonderem Schwerpunkt auf den Transformator. Im Allgemeinen wird angestrebt, die Effizienz des Sinterzyklus zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken, indem der Werkzeugaufbau und die elektrischen Randbedingungen des Prozesses optimiert werden. In FAST/SPS-Anlagen sind 4 Konzepte der Widerstandsheizung üblich: i.) AC mit zwei Phasen ii.) DC mit 3 Phasen iii.) AC mit 3 Phasen (P+) iv.) gepulster DC - 3 Phasen. Alle Konzepte wurden hinsichtlich Energieeffizienz und Robustheit diskutiert. Darüber hinaus wurden die Bedeutung des Designs und des elektrischen Widerstands der FAST/SPS-Form erläutert.

3) Powder material: Preparation for SPS sintering (Christian Weiss, Dr. Fritsch GmbH)
Dr. Fritsch vertreibt die Ausgangsstoffe und entwickelt entsprechende Prozesstechniken für diamantverstärkte Werkstoffe, die von den Rohstoffen, gebrauchsfertigen Pulvermischungen, kundenspezifischen Mischungen, Industriediamanten, kubischem BN, Granulaten, Press- und Trennmitteln, Bindemitteln für die Granulierung, "Legierungen" durch Hochenergiemahlen bis hin zu umfassender technischer Unterstützung von Kunden aus der Industrie reichen. Es wurde erörtert, wie die Partikelgröße die weitere Verarbeitung und die Eigenschaften von diamantverstärkten Werkstoffen beeinflusst.

4) Industrial production of honing tools using FAST/SPS (Klaus Fleckenstein, DIATO GmbH + Co. KG)
Die DIATO GmbH + Co. KG stellt Werkzeuge für das Honen von Hochleistungsbauteilen her, die z.B. im Antriebsstrang, in der Wehrtechnik, in der Luft- und Raumfahrt und in Schwerlastfahrzeugen eingesetzt werden. Der verschleißfeste Teil der Honwerkzeuge (meist stabförmige Aufsätze) wird mittels FAST/SPS in Graphitwerkzeugen hergestellt. Das Honen ist oft der letzte Fertigungsschritt dieser in der Herstellung aufwändigen Bauteile und erfordert daher qualitativ hochwertige Werkzeuge und eine gute Qualitätssicherung. Aufgrund der hohen Anforderungen an das homogene Füllen der entsprechenden Hohlräume in den FAST/SPS-Formen und der großen Anzahl von Pulverzusammensetzungen ist der Automatisierungsgrad des FAST/SPS-Schrittes noch gering.

5) Discrete element model of powder sintering and its extension to the SPS/FAST process (Prof. Jerzy Rojek, Polish Academy of Science, Warsaw)
Jerzy Rojek stellte die allgemeinen Grundsätze des Diskrete-Elemente-Modells (DEM) für die Beschreibung von Pulversinterprozessen vor. Hierbei ging er auf die i.) Sintermechanismen auf mikroskopischer Ebene, ii.) die Formulierung des DEM-Sintermodells ein und stellte iii.) die Simulation eines Sinterprozesses als Beispiel vor. Anschließend erläuterte er, wie dieses Modell auf die Entwicklung von DEM für FAST/SPS übertragen werden kann, wobei er die grundlegenden Annahmen darlegte und anschließend die DEM-Simulation der Stromverteilung durch ein granuliertes Pulver vorstellte.

6) Segregation controlled densification and grain growth during FAST/SPS of Y2O3 ceramics (Dr. Moritz Kindelmann, Forschungszentrum Jülich GmbH)
Die Kationen-Dotierung von Oxidkeramiken ist ein etablierter Ansatz, um die Verdichtung und das Kornwachstum beim Sintern von keramischen Werkstoffen zu steuern. Für Y2O3 wurde die Dotierung mit zwei isovalenten Dotierstoffen (La3+ und Gd3+) im Hinblick auf das Verdichtungsverhalten und das Kornwachstum untersucht. Struktur und Chemie an den Korngrenzen wurden mittels aberrationskorrigiertem TEM untersucht.

7) Examples of densification of multimaterials using FAST/SPS (Dr. Erich Neubauer, RHP-Technology GmbH)
Bei RHP-Technology werden mehrere Anlagen zum druck- und feldunterstützten Sintern betrieben: i.) konventionelles Heißpressen ii.) FAST/SPS iii.) Elektro-Sinterschmieden/schnelles Sinterpressen in vorgewärmten Werkzeugen. Erich Neubauer gab einen Überblick über aktuelle Forschungs- und Anwendungsthemen dieser Technologien, u.a. das Recycling von Si aus der Photovoltaik, das Verbinden von Materialien mit großen Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften, faserverstärkte Werkstoffe, Keramik-Refraktärmetall-Verbundwerkstoffe, sowie Cu-Ag-Verbundwerkstoffe und Tigermetalle (Au-Ti/Ag-Verbundwerkstoffe) für Schmuck.

8) Introduction of new member: Materials Research Institute Aalen – Batteries and more (Dr. Stefan Kreißl, Hochschule Aalen)
Stefan Kreißl stellte das Materialforschungsinstitut Aalen vor und kündigte an, dass es Aktivitäten im Bereich des FAST/SPS von Batteriematerialien geben wird.

Prof. Olivier Guillon stellte zum Schluss der Sitzung einige Themen von gemeinsamem Interesse vor und kündigte das 10-jährige Jubiläum der Expertenkreistreffen an, das vom 15. bis 17. Mai 2022 in Erfurt als zweitägige Konferenz durchgeführt wird.

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