10-jährige Jubiläum des FAST/SPS Expertenkreises

Am 16. und 17. Mai 2022 fand das 10-jährige Jubiläum des Expertenkreises "Field Assisted Sintering Technology/Spark Plasma Sintering" unter dem Vorsitz des Initiators Prof. Olivier Guillon (Forschungszentrum Jülich), statt. Dank der positiven Entwicklung der Corona-Pandemie konnten sich ca. 60 nationale und internationale Teilnehmer aus Industrie und Forschung in der Zentralbibliothek des Forschungszentrums Jülich treffen.

Nach der Begrüßung durch Prof. Olivier Guillon und Prof. Christoph Broeckmann im Namen des Gemeinschaftsauschusses Pulvermetallurgie begann der erste Tag mit einer Keynote-Präsentation von Prof. Claude Estournès (CNRS CIRIMAT, Toulouse). Er gab einen Einblick in verschiedene Strategien zur Entwicklung von Komponenten mit maßgeschneiderten Eigenschaften mittels FAST/SPS. Der nächste Vortrag wurde von Dr. Alessandro Fais (EPoS Technologies SA, Villaz-Saint-Pierre) gehalten. Er erörterte den Einfluss der extrem hohen Heizraten beim Elektro-Sinter-Forging auf die Diffusionsmechanismen. Anschließend stellte Dr. Thomas Herisson de Beauvoir (CNRS CIRIMAT, Toulouse) den Einfluss der Sinterkurve auf die Ausbildung von Korngrenzen, Kornwachstum und Verdichtung in 3YSZ vor und verglich das sog. Flash Spark Plasma Sintering (ultraschnelles SPS) mit dem konventionellen FAST/SPS. Der erste Vortragsblock wurde von Dr. Oliver Levano Blanch (Universität Sheffield) beendet, der in Vertretung für seinen Kollegen James Pepper einsprang. Er präsentierte Ergebnisse über den Einfluss der spannungsinduzierten Wärmeprofile in Titan während des FAST/SPS Sinterns.

Die zweite Session des Tages mit Fokus auf Industrie begann mit einer Präsentation von Romain Epherre (Norimat, Frankreich), der über die Fortschritte bei der Digitalisierung berichtete. Er stellte das Konzept eines digitalen Zwillings in FAST/SPS vor. Die von Norimat entwickelte ENGEMINI Software wird in den nächsten Wochen auf dem Markt eingeführt und wird die erste kommerzielle Software sein, die dem Kunden ermöglicht, die Temperaturverteilung bei FAST/SPS-Prozessen zu simulieren. Benjamin Luthardt (FCT Systeme GmbH, Rauenstein) fasste die neuesten Trends zur industriellen Anwendung von FAST/SPS zusammen. Unter anderem stellte ein SPS-System in Kombination mit einer aktiven Kühlung vor, das eine Erhöhung der Produktivität in Aussicht stellt. Gerhard Weber (Dr. Fritsch Sondermaschinen GmbH, Fellbach) präsentierte die Fortschritte in der Werkzeug- und Prozessauslegung, die die Toleranz gegenüber einer Nichtübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von Bauteil und Werkzeug erhöhen. Ein Anwendungsbeispiel ist das Sintern eines Rings mittels FAST/SPS, bei dem der zentrale Pin im heißen Zustand entfernt wird, um eine Zerstörung des Werkzeugs bei konventioneller Entformung zu vermeiden.

Der letzte Vortrag vor der Session wurde von Damian Karpowicz (GeniCore Dp. Z.o.o., Warschau) gehalten. Er stellte mehrere Beispiele für industrielle Anwendungen von U-FAST vor. U-FAST steht für „Upgraded FAST“ und zeichnet sich durch einen Heizmechanismus aus, der auf gepulstem Gleichstrom mit einer speziellen Pulsform basiert. Anwendungen der Technologie sind z. B. Bergbauwerkzeuge und Luxusgüter. FAST/SPS bietet in diesen Bereichen generell zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Sintermethoden, wie z. B. eine längere Lebensdauer, eine höhere Oberflächenqualität und kürzere Zyklenzeit.

Die Nachmittagssession begann mit einem Vortrag von Shufan Wang (RWTH Aachen), der zwei neuartige Sintertechniken verglich, das Ultraschnelle-Hochtemperatursintern (UHS) und das Flash-Sintern. Ein wichtiger Aspekt hierbei war die Vorhersage der Temperaturverteilung mittels FEM. Maria Wisniewska (Poznań Institute of Technology) stellte im Anschluss die Herstellung von Sputtertargets mittels FAST/SPS im industriellen Maßstab vor. Sie zeigte einen speziellen Aufbau, der die Verwendung eines Werkzeuges ermöglicht, die größer als die Elektrode ist. Darüber hinaus berichtete Dr. Miguel Lagos (Tecnalia, Derio) über die Fortschritte bei der Verwendung von FAST/SPS für die Synthese von Keramik und Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen für Anwendungen in der Elektrotechnik.

Der nächste Vortrag wurde von Dr. Martin Ihrig (Forschungszentrum Jülich) gehalten, der die Fortschritte bei der Entwicklung von All-Solid-State-Lithium-Batterien (ASSLiBS) auf Granatbasis unter Verwendung von FAST/SPS zusammenfasste. Ein besonderer Aspekt war der Einsatz von Mo-basierten TZM Werkzeugen, die Drücke oberhalb von 400 MPa ermöglichte.

Jonas Heldt (Fraunhofer IPA, Stuttgart) stellte im Anschluss das Projekt EMSiG vor. In Kooperation mit Partnern aus der Industrie soll FAST/SPS zur Synthese von ASSLiBS im industriellen Maßstab eingesetzt werden. Prof. Alexander Laptev (Poznań Institute of Technology, vorher Forschungszentrum Jülich) rundete den ersten Tag mit einer Präsentation über FAST/SPS von Gadolinum-dotiertem Ceroxid, einem keramischen Elektrolyten, der unter anderem Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) verwendet wird, ab. Er hob das Risiko der chemischen Dehnung und Rissbildung von Oxidwerkstoffen, die Übergangsmetallionen im Gitter enthalten, unter den reduzierenden FAST/SPS-Bedingungen hervor.

Im Anschluss hatten die Teilnehmer die Möglichkeit, die Industriestände zu besuchen und an einer Poster Session teilzunehmen. Außerdem wurde eine Führung im Institut IEK-1 angeboten, bei der den Teilnehmern unter anderem der FAST/SPS Anlagenpark des IEK-1 vorgeführt wurden. Der erste Tag endete mit einem gemeinsamen Abendessen im Dorint Hotel Düren, bei dem sich die Teilnehmer in ungezwungener Atmosphäre austauschen konnten.

Der zweite Tag wurde mit einem Keynote Vortrag von Dr. Dariusz Łukaszewicz (Poznań Institute of Technology) eingeleitet. Er erläuterte das Potential von FAST/SPS als effektive Technik zur Herstellung von Bauteilen für anspruchsvolle Anwendungen in der Raumfahrtindustrie. Anschließend präsentierte Simon Graham (Universität Sheffield), wie FAST/SPS zur Verarbeitung von Aluminium Pulvern eingesetzt werden kann, die außerhalb der Größenspezifikationen für die Verwendung in der additiven Fertigung liegen. Prof. Martin Bram (Forschungszentrum Jülich GmbH) präsentierte vielversprechende Ergebnisse für das Flash SPS von NdFeB-Magnetwerkstoffen. Das Flash SPS ist ein neuartiges, sehr schnelles Verdichtungsverfahren, das ein großes Potential zur Einstellung der Mikrostruktur von NdFeB Magneten besitzt. Die erste Session des Tages wurde von Dr. Oliver Levano Blanch (Universität Sheffield) abgeschlossen, der über die Verarbeitung eines kostengünstigen Titan-Feedstocks mittels FAST/SPS berichtete.

Bedauernswerterweise musste die zweite Session des Tages kurzfristig umgeplant werden. Der Vortrag von Prof. Andrey Ragulya (Frantsevich Institute for problems in Materials Science, NAS of Ukraine) und Dr. Abdullah Riaz (Universität Rostock) musste aus technischen und persönlichen Gründen abgesagt werden. Dr. Marco Cologna (Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle in Karlsruhe) präsentierte die neuesten Trends zur Anwendung von FAST/SPS in der Nuklearforschung. Der letzte Vortrag wurde von Dr. Danny Kojda (Helmholtz-Zentrum Berlin) gehalten. Er präsentierte Ergebnisse zur Modellierung und Charakterisierung der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit von porösem Silizium-Aluminium, das mittels FAST/SPS hergestellt wurde.

Das nächste Treffen des Expertenkreises FAST wird im Herbst dieses Jahres stattfinden. Termin und Ort werden bald kommuniziert.

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