AMT | Definitionen und Nomenklatur im Pulverspritzgießen

Date：2025-06-10   Views：1023

Inhaltsverzeichnis

Begründung

Einheiten und Umrechnungsfaktoren

Nomenklatur und Symbole

Definitionen

Begründung

Der Pulverspritzguss (PIM) ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, die noch auf der Suche nach Standardisierung ist. Eine einheitliche Nomenklatur ist entscheidend, um Verwirrung in der Anwendergemeinschaft zu reduzieren. Dieses Kapitel bietet eine definitorische Referenz für Kernkonzepte und hilft Anwendern, durch standardisierte Sprache mehr Vertrauen in PIM zu gewinnen.

Einheiten und Umrechnungsfaktoren

Die primären Einheiten für internationalen Handel und Kommerz sind die SI-Einheiten (Le Système International d’Unités), auch bekannt als metrische Einheiten. Dieses Buch folgt internationalen Standards, wobei sekundäre englische Einheiten dort, wo möglich, in Klammern angezeigt werden. Nachfolgend finden Sie einige wichtige Umrechnungsfaktoren und Beziehungen:

Nützliche Beziehungen

• 1 Meter ist etwas länger als 1 Yard (3 Fuß)

• 25 Millimeter (25 mm) sind etwa 1 Zoll

• Eine gängige US-10-Cent-Münze (Dime) ist etwa 1 Millimeter dick

• 1 Kilogramm ist etwas mehr als 2 Pfund

• 1 Gramm (0,001 Kilogramm) ist etwas schwerer als eine Büroklammer

• 1 Liter ist etwas größer als 1 Quart

• Wasser kocht bei 212 °F (100 °C) und gefriert bei 32 °F (0 °C)

• 4.000 Joule sind etwa 1 Kilokalorie

• Die empfohlene tägliche Kalorienaufnahme für einen Erwachsenen beträgt 8.000.000 Joule (8 MJ)

• 1 Hektar (10.000 Quadratmeter) sind etwa zweieinhalb Acres

Präfixe

• G (Giga) = 10^9

• M (Mega) = 10^6

• k (Kilo) = 10^3

• c (Zenti) = 10^-2

• m (Milli) = 10^-3

• μ (Mikro) = 10^-6

• n (Nano) = 10^-9

Fundamentale Einheiten

• Länge = Meter (m)

• Zeit = Sekunde (s)

• Masse = Kilogramm (kg)

• Stoffmenge = Mol (mol)

• Stromstärke = Ampere (A)

• Temperatur = Kelvin (K)

• Ebener Winkel = Radiant (rad)

• Raumwinkel = Steradiant (sr)

• Lichtstärke = Candela (cd)

Abgeleitete Einheiten

• Hertz (Hz) = 1/s

• Stunde (h) = 3600 s

• Minute (min) = 60 s

• Liter (L) = 10^-3 m³

• Tonne (t) = 1000 kg

• Celsius (°C) = K – 273

• Newton (N) = kg·m/s²

• Pascal (Pa) = N/m²

• Bar = 0,1 MPa

• Joule (J) = N·m

• Watt (W) = J/s

Wichtige Konstanten

• Erdbeschleunigung = 9,8 m/s²

• Atomare Masseneinheit = 1,661×10^-24 g

• Avogadro-Konstante = 6,022×10^23 Moleküle

• Boltzmann-Konstante = 1,381×10^-23 J/K

• Elektrische Feldkonstante (Vakuum) = 8,854×10^-12 C/V

• Elementarladung = 1,602×10^-19 C

• Gaskonstante = 8,314 J/(mol·K)

• Planck-Konstante = 6,626×10^-34 J·s

• Lichtgeschwindigkeit = 2,998×10^8 m/s

Umrechnungsfaktoren

• Länge: 1 m = 39,4 Zoll, 1 m = 3,28 Fuß, 1 m = 1,09 Yard

• Fläche und Volumen: 1 cm² = 0,155 in², 1 m³ = 35,3 ft³, 1 L = 0,264 Gallonen

• Temperatur: Um K in °F umzurechnen, mit 1,8 multiplizieren und 459,4 abziehen

• Masse: 1 kg = 2,2 lb, 1 Mg = 1,1 kurze Tonnen

• Kraft: 1 N = 0,225 lb Kraft

• Druck: 1 MPa = 145 psi, 1 bar = 0,1 MPa

• Energie: 1 J = 0,737 ft·lb, 1 J = 0,239 cal

• Leistung: 1 W = 0,737 ft·lb/s, 1 kW = 1,34 hp

Nomenklatur und Symbole

Nachfolgend finden Sie eine Liste der häufig verwendeten mathematischen Symbole und Beschreibungen im Zusammenhang mit PIM-Produkten, -Prozessen oder -Bauteilmerkmalen:

• a = numerische Konstante in Berechnungen, dimensionslos

• P = fester Kegelwinkel, Grad

• e = Dehnung oder relative Porosität (manchmal in % angegeben)

• η = Viskosität, Pa·s

• γ = Oberflächenenergie, J/m²

• K = Wärmeleitfähigkeit, W/(m·K)

• λ = mittlere freie Weglänge, m

• ρ = Dichte, g/cm³ oder kg/m³

• σ = Spannung oder Festigkeit, Pa (typische Einheiten MPa oder 10⁶ Pa)

• τ = Scherspannung, Pa (typische Einheiten MPa oder 10⁶ Pa)

• μ = Reibungskoeffizient, dimensionslos

• θ = Winkel, Grad

• φ = Feststoffbeladung, dimensionslos oder häufig als Vol.-% angegeben

• π = 3,14159

• Q = Atomvolumen, m³/Atom oder m³/mol

• A = Fläche, m²

• B = magnetische Antwort, T

• c = molare Löslichkeit, dimensionslos

• C = Gefügeparameter wie Kontiguität, Konnektivität

• Cp = Wärmekapazität bei konstantem Druck, J/kg oder J/mol

• d_p = Porendurchmesser, m (meist in μm angegeben)

• D = Partikelgröße oder Partikeldurchmesser, m (meist in μm angegeben)

• D_L = Diffusionskoeffizient der festen Phase in der flüssigen Phase, m²/s

• ε = Dehnung, dimensionslos

• E = Elastizitätsmodul, N/m² (typische Einheiten GPa oder 10⁹ Pa)

• f = Anteil, Feststoffanteil oder relative Feststoffbeladung

• F = Kraft, N

• g = Erdbeschleunigung, m/s²

• G = Korngröße, m (typische Einheit μm)

• h = Bauteilhöhe, m

• H = Enthalpie oder Wärme, J/kg

• H = Koerzitivfeldstärke, A/m

• I = Kerbschlagarbeit, Zähigkeit, J/cm²

• k = Boltzmann-Konstante, 1,38×10^-23 J/(K·Atom)

• K_IC = Bruchzähigkeit, MPa·√m

• L = charakteristische Probenabmessung, m

• M = Masse, g

• n = Verfestigungsexponent, dimensionslos

• P = Druck, N/m²

• PG = Gasdruck, N/m²

• r = Bauteilradius, m

• R = universelle Gaskonstante, 8,314 J/(mol·K)

• Ra = mittlere Oberflächenrauheit, m (typischerweise in μm angegeben)

• RA = Querschnittsreduktion beim Zugversuch, dimensionslos (oft in %)

• S = Sättigungsgrad, dimensionslos

• t = Zeit, s

• T = Temperatur, K (meist in °C angegeben)

• V = Volumenanteil, dimensionslos

• W = Gewichtsanteil, dimensionslos

• w = Breite

• x = Koordinate, m

• X = Sinterhalsgröße, m (oft in μm)

• y = Koordinate, m

• Y = Schrumpfung, dimensionslos (oft in %)

• z = Koordinate, m

• Z = Werkzeug-Ausdehnungsfaktor, dimensionslos (oft in %)

Definitionen

Nachfolgend finden Sie wichtige Definitionen im Zusammenhang mit PIM:

• Acicular-Pulver: Nadelförmige Partikel, die der Entbinderungsfestigkeit zugutekommen, aber im Allgemeinen nachteilig für den PIM-Formgebungsprozess sind.

• Adiabatische Formgebung: Die Verwendung eines gefrorenen Pulver-Wasser-Feedstocks, der unter Druck schmilzt und fließt, aber beim Druckabbau wieder gefriert.

• Beigemischtes Pulver: Ein kleines, diskretes Pulver, das mit einem anderen Pulver zur Schmierung, Bindung oder Legierung gemischt wird.

• Agglomeration: Die Tendenz kleiner PIM-Partikel, zusammenzukleben und als größere Partikel zu erscheinen, häufig bei nichtleitenden Pulvern wie Keramiken.

• Windklassierung: Das gebräuchlichste Verfahren zur Trennung bestimmter Größenklassen von PIM-Pulvern durch differentielle Sedimentation in einem Hochgeschwindigkeitsluftstrom.

• Legierungspulver: Ein Pulver, bei dem jedes Partikel aus derselben Mischung von zwei oder mehr Bestandteilen besteht.

• Aluminiumoxid: Die Verbindung aus Aluminium und Sauerstoff (Al₂O₃), häufig im Keramik-PIM verwendet.

• Schüttwinkel: Der Winkel gegenüber der horizontalen Ebene, den ein Haufen losem Pulver annimmt, wenn er frei durch eine Öffnung gegossen wird.

• Schüttdichte: Die Masse eines Volumeneinheit Pulver im losen Zustand, normalerweise in g/cm³ ausgedrückt.

• Seitenverhältnis: Das Verhältnis der maximalen Partikeldimension zur minimalen Dimension.

• Atomisierung: Die Zerstäubung von Schmelzmaterial in Tropfen durch einen schnell bewegten Gas- oder Flüssigkeitsstrahl.

• Atomisiertes Pulver: Legierungs- oder Metallpulver, das durch Desintegration und anschließende Erstarrung eines Metallschmelzstroms hergestellt wird.

• Attrition: Ein mechanisches Mahl- oder Zerkleinerungsverfahren zur Desagglomeration, partiellen Legierung und Partikelgrößenreduktion.

• Austenit: Die kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur von reinem Eisen, bei austenitischen Edelstählen bei Raumtemperatur stabilisiert.

• Barrel: Der beheizte Teil des Feedstock-Flusswegs vor der Düse.

• BET-Oberfläche: Die spezifische Oberfläche, die durch Gasadsorption gemäß der Brunauer-, Emmett- und Teller-Theorie bestimmt wird.

• Bimodal: Eine Partikelgrößenverteilung mit zwei Modalgrößen.

• Bindemittel: Die Polymermischung, die dem Pulver Schmierung und Festigkeit verleiht.

• Bingham-Fluss: Viskoses Fließen eines Feedstocks mit einer anfänglichen Fließgrenze.

• Mischen: Die gründliche Vermischung von Pulvern derselben Nennzusammensetzung.

• Braun-Zustand: Ein Begriff, der einen Eisen-PIM-Formling nach dem Entbindern durch langsames Erhitzen an Luft beschreibt.

• Abbrennen: Die Entfernung des Polymerbindemittels durch Vorheizen vor dem Sintern.

• Kapillarrheometer: Ein Gerät zur Viskositätsmessung durch Aufbringen von Druck auf geschmolzenen Feedstock.

• Carbonitrid: Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoff- und Methan-Atmosphäre, die bewirkt, dass Kohlenstoff und Stickstoff in die Stahloberfläche diffundieren.

• Kohlenstoffkontrolle: Ein Maß für die Fähigkeit, das PIM-Polymer ohne Kontamination des Pulvers zu entfernen.

• Carbonyl-Pulver: Überwiegend Eisen- oder Nickelpulver, das durch thermische Zersetzung eines Metallcarbonyl-Moleküls hergestellt wird.

• Aufkohlung-Dekarburation: Ereignisse in Bezug auf die Kohlenstoffkontrolle, die Aufnahme oder Abgabe von Kohlenstoff aus dem Werkstoff beinhalten.

• Einsatzaufkohlung: Eine Nach-Sinter-Wärmebehandlung, die darauf abzielt, Kohlenstoff in die Oberfläche eines Eisen-PIM-Formlings zu diffundieren.

• Katalytisches Entbindern: Teilweises Entfernen des Polymers durch Erhitzen in einer Atmosphäre, die ein Mittel zur Depolymerisation enthält.

• CCIM: Hartmetall-Pulverspritzguss (Cemented Carbide Injection Molding).

• Hartmetall: Ein fester Verbundwerkstoff bestehend aus einem Metallcarbid und einer Binderphase.

• Cermet: Ein Verbundkörper aus Keramikpartikeln, die mit einem Metall verbunden sind.

• Zentrifugal-Atomisierung: Bildung sphärischer Partikel durch Kombination einer Schmelze mit einer Zentrifugalkraft.

• Geschlossene Regelkreis-Steuerung: Eine Spritzgießsteuerung zur präzisen Maßhaltung mittels Drucküberwachung.

• Geschlossene Pore: Eine isolierte Pore, die nicht mit der Außenoberfläche verbunden ist, normalerweise beim Sintern entstehend.

• Vergöberung: Die fortschreitende Vergrößerung von Partikeln aufgrund von Diffusion, Koaleszenz oder Lösungs-Repräzipitationsprozessen.

• Variationskoeffizient: Die Standardabweichung dividiert durch den Mittelwert.

• Prägen: Das endgültige Pressen eines gesinterten Formlings, um eine bestimmte Oberflächenkonfiguration zu erhalten.

• Co-Molding: Spritzgießen von zwei Werkstoffen in dieselbe Kavität, um Schichten oder Verbindungen zu bilden.

• Verbundwerkstoff: Eine Mischung von zwei oder mehr Pulvern, die eine Mehrphasenstruktur bildet.

• Kompression: Das Entfernen von Luft aus schmelzendem Feedstock durch Aufbringen von Wärme und Druck.

• Computer-Aided Design: Verwendung von Computerprogrammen für Spannungs-, Passungs-, Maß- und Visualisierungsberechnungen.

• Computer-Aided Manufacturing: Computer-gesteuerte Maschinen für richtige Fertigung und Ressourcennutzung.

• Kritische Beladung: Der maximale Volumenanteil an Feststoffpartikeln in einem Polymerbinder, ohne dass Poren entstehen.

• Vernetzung: Bildung von Bindungen zwischen Polymerketten zur Erzielung von Steifigkeit und Festigkeit.

• Taktzeit: Die Zeit für die Fertigstellung eines Spritzgießzyklus.

• Entbindern: Entfernung des zur Formgebung verwendeten Bindemittels durch Wärme, Lösungsmittel, Katalyse oder andere Techniken.

• Delamination: Rissbildung in einem geformten Formling, häufig mit einer Haarrissbildung senkrecht zur Auswerfrichtung.

• Verdichtung: Die Änderung der Porosität dividiert durch die Ausgangsporosität durch Pressen oder Sintern.

• Dichte: Die Masse dividiert durch das Volumen, normalerweise in g/cm³ ausgedrückt.

• Taupunkt: Ein Maß für die Atmosphärenreinheit basierend auf dem Wassergehalt.

• Differential Scanning Calorimetry: Bestimmung des Wärmeflusses in oder aus einer PIM-Probe.

• Differential Thermal Analysis: Messung von Temperatur und Temperaturdifferenz während des Aufheizens für ein PIM-Material und eine Referenz.

• Diederwinkel: Ein Gefügemerkmal, das mit Phasengrenzen in einem Werkstoff assoziiert ist.

• Dilatantes Fließen: Viskosität, die sich mit Fließbedingungen ändert, wobei die Mischung unter Spannung aufquillt.

• Dilatometrie: Messung der Maßänderung während der Wärmebehandlung.

• Infiltration: Der Prozess des Füllens der Poren eines Formlings mit einem Metall oder einer Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt.

• Spritzgießen: Eine hydrostatische Formgebungstechnik für die Formgebung von Pulvern unter Verwendung von Kunststoffbindemitteln.

• Zwischenpartikelreibung: Reibung zwischen Pulvern, die Gleiten, Packung und Verdichtung einschränkt.

• Invar: Wärmeausdehnungsarme Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen.

• Unregelmäßiges Pulver: Ein Pulver, das bei einzelnen Partikeln an Symmetrie fehlt.

• Jetting: Ein Zustand, der bei schnellem Füllen eines Spritzgießwerkzeugs auftritt, bei dem der Feedstock über die Werkzeugmitte schießt und sich dann zurück zum Anguss füllt.

• Knit-Line: Ein linearer Defekt, der dort auftritt, wo Feedstock-Ströme in der Kavität zusammentreffen.

• Kovar: Eine Glas-Metall-Versiegelungslegierung, die für die Mikroelektronik-Verpackung verwendet wird.

• Niederdruck-Spritzgießen: Verwendung niedrigerer Drücke und niedrigviskoser Binder zum Auskleiden einer komplexen Werkzeugkavität.

• Laminierung: Eine Schichtstruktur oder Rissbildung im gepressten Formling infolge von Auswerfspannungen, die die Grünfestigkeit überschreiten.

• Flüssigphasensintern: Sintern bei einer Temperatur, bei der eine flüssige und eine feste Phase koexistieren.

• Schmiermittel: Ein organischer Zusatz, der dem Feedstock beigemischt wird, um Werkzeugverschleiß zu minimieren und das Auswerfen zu erleichtern.

• Maraging-Stahl: Eine hochfeste, zähe Klasse von Eisen-Nickel-Molybdän-Legierungen.

• Martensit: Eine verzerrte Ferrit-Kristallstruktur aufgrund von Kohlenstoff-Übersättigung in schnell abgekühltem Ferrit.

• Mittlere Größe: Der Mittelwert aus der Partikelgrößenverteilung.

• Mechanisches Legieren: Bildung eines Legierungspulvers durch Vermahlen von Elementarpulvern.

• Median-Größe: Der Schwerpunkt der Partikelgrößenverteilung.

• Schmelzindex: Ein Maß für das Fließen bei niedrigen Scherbeanspruchungsraten.

• Dosieren: Kontrollierte Vorwärts-Extrusion von geschmolzenem Feedstock vorbei an der Schneckenspitze.

• Mikrominiatur: Bauteilabmessungen im Mikrometer-Bereich.

• Mikrospritzgießen: Eine neue Klasse von PIM-Technologien zur Herstellung von Bauteilen im Millimeter- und Mikrometer-Bereich.

• Mikrostruktur: Detaillierte Informationen über mikroskopische Phasen, Poren, Körner, Defekte und Heterogenitäten.

• MIM: Metallpulverspritzgießen.

• Mischen: Gründliche Vermischung von Pulvern zweier oder mehrerer verschiedener Zusammensetzungen.

• Spritzgieß-Simulation: Computersimulationen zur Analyse von Fluss, Pressen, Entlüften, Dimensionierung, Kühlung und anderen Ereignissen bei PIM-Formgebungsvorgängen.

• Entformungsmittel: Ein Spray oder eine Beschichtung, die das Haften des Bauteils an der Werkzeughülse reduziert.

• Spritzgießbarkeit: Ein relatives Maß für die Leichtigkeit, eine Werkzeugkavität während des Spritzgießens auszukleiden.

• Multimodal: Eine Pulvergrößenverteilung mit mehreren Modalgrößen.

• Nanoskalig: Pulver oder Mikrostrukturen mit Größen im Nanometer-Bereich.

• Fast-Near-Net-Shape: Technologien, die versuchen, ein diskretes Bauteil ohne Bedarf an Endbearbeitung zu formen.

• Net-Shape: Ein Formling, der auf Enddichte und -maße ohne Bearbeitung hergestellt wird.

• Newtonsches Fließen: Eine idealisierte Viskositätssituation, bei der die Spannung proportional zur Scherbeanspruchungsrate ist.

• Knotenpulver: Unregelmäßige Partikel mit knotigen, gerundeten Formen.

• Offene Pore: Eine Pore, die ein Formling vollständig von einer Oberfläche zur anderen durchzieht.

• Oxidation-Reduktion: Atmosphäre-Pulver-Reaktionen, die Sauerstoff aus einem Pulverformling extrahieren oder ablagern.

• Packungsdruck: Der Spitzendruck, der beim Spritzgießvorgang auftritt, sobald das Werkzeug gefüllt ist.

• Partikelgröße: Die maßgebliche Lineardimension eines einzelnen Partikels.

• Partikelgrößenanalysator: Ein automatisiertes Gerät zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung.

• Trennlinie: Die lineare Markierung auf einem Formling, an der sich die Werkzeughälften treffen.