Sintern: Grundlagen und Prozessvarianten

Sintern bezeichnet den thermisch aktivierten Verdichtungs- und Gefügebildungsprozess, bei dem partikelförmige Ausgangsmaterialien unterhalb ihres Schmelzpunktes zu einem kompakten Körper zusammengefügt werden. Treibende Kräfte sind die Verringerung der freien Oberflächenenergie und der chemischen Potentiale, realisiert durch Diffusionsmechanismen (Oberflächen‑, Korn‑, Volumendiffusion, Porendiffusion) sowie, je nach System, viskoses Fließen.

Der Sintervorgang gliedert sich typischerweise in Rearrangement (insbesondere bei Flüssigphasensintern), Halsbildung zwischen Partikeln, Porenrückgang und ggf. Kornwachstum. Die Mikrostrukturentwicklung steuert entscheidend Dichte, Korngröße, Porosität und dadurch mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften des Bauteils.

Konventionelles Festphasensintern erfolgt meist im Ofen unter kontrollierter Atmosphäre mit definierten Heiz‑ und Haltezyklen. Erweiterte Verfahren zielen auf beschleunigte Verdichtung, niedrigere Sintertemperaturen oder gezielte Mikrostruktursteuerung ab. Dazu zählen feldunterstützte Verfahren wie Field Assisted Sintering Technology (FAST) / Spark-Plasma-Sintern (SPS), bei denen eine Kombination aus ein- oder mehraxialer Druckbelastung und gepulstem Gleichstrom zu sehr schnellen Heizraten und kurzer Sinterdauer führt. Blitzsintern nutzt elektrische Felder und Stromdichten, um extrem rasche Dichtungsprozesse einzuleiten.

Im Bereich additiver Fertigung steht das Selektive Lasersintern (SLS) für die schichtweise Verfestigung pulverförmiger Werkstoffe mittels fokussierter Laserstrahlung. Flüssigphasensintern nutzt eine transiente oder stabile Schmelzphase zur verbesserten Partikelrearrangement und Porenheilung. Unter dem Sammelbegriff schnelles Sintern werden Prozessstrategien mit verkürzten Zykluszeiten und energieeffizienter Prozessführung diskutiert.

Die gezielte Auswahl und Kombination von Sinterroute, Temperatur-Zeit-Profil, Atmosphären- und Feldbedingungen erlaubt eine präzise Einstellung der Mikrostruktur vom Nanometer- bis zum Mikrometermaßstab und ist zentral für die Entwicklung moderner Keramiken, Hartstoffe, Metallpulverwerkstoffe und Verbundsysteme.

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