Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 179
a “ Es folgte der Entbinderungsschritt, wobei die Additive aus dem Stahl-Keramik-Laminat entfernt
wurden. Dies geschah in Luft bis zu einer Temperatur von 600°C. Die Aufheizrate lag bei 1K/min,
: die Haltezeit betrug 2 Stunden. Bei der anschließenden Sinterung lag die Maximaltemperatur bei
1350°C. Das Sinterregime war mit einer Aufheizrate von 3 K/min und einer Haltezeit bei der Ma-
ximaltemperatur von 2 Stunden gewählt. Die Sinteratmosphäre bestand aus 20% Wasserstoff und
\ 80% Argon und als Brennhilfsmittel kamen poröse Aluminiumoxidplatten zum Einsatz.
: Fiir die Untersuchungen des Gefiiges, der Grenzflidche und der Phasenverteilung dienten rasterelekt-
; ronenmikroskopische Aufnahmen (FESEM; Carl Zeiss, Gemini 982). Diese wurde vorrangig an
“aL. Querschliffen der Laminate aber auch an den Oberfldchen der Stahl- bzw. ZrO,-Schicht vorge-
Co nommen. Durch diese Analyse sollte der Vergleich der Phasenentwicklung zwischen Grenzfléiche
a SIV und Bulkmaterial ermdglicht werden. Die Elementanalyse iiber EDX (ISIS, Si(Li)-Detektor) diente
tm Verb der qualitativen Bestimmung der vorhandenen Phasen des Verbundes nach der Sinterung. Die
sind da Grenzfldchenphase konnte mittels Ionenstrahlpréparation im FIB (focussed ion beam) und anschlie-
scheiden“, ++ Bender Betrachtung im TEM (Zeiss Libra 200) aufgezeigt werden.
tach der Wär-
\ermodynami- Tabelle 2: Zusammensetzung und Menge des 17-4PH-Stahls und Phasen des ZrO» 3Y-E (YSZ)
174PHIE iv An i Mo (Nb lc |p Is
(Ma%) 174,8 1¢, 2 €, 410,6 04 10,29 L001 0,01 | 0,01
YSZ | ZrO2 | Y293 | Alı'3 Si: Fex0s | NaO
stabil hezeich- . Ma%) | 94,5 | 526 '025 0,003 | 0,002 | 0,028 |
rtep | aminate
& : Berechnungen zum thermodynamischen Verhalten des Laminates während der Wärmebehandlung
Eo wurden mit dem Programm FactSage durchgeführt. Damit konnte abgeschétzt werden, welche Pha-
. Veg sen und in welcher Menge diese im Verbund entstehen. Zum einen war die Bildung von Ausschei-
wild her. dungen besonders im Stahl relevant, um die Oxidationsneigung und die Phasenneubildungen ab-
anne schätzen zu können; zum anderen sollte die Phasenbildung in der Grenzfläche im Fokus der simu-
Tie 4 i lierten Ergebnisse stehen. Die Berechnungen wurden bei der groBtmoglichen thermodynamischen
oi hr Go } Aktivitit, bei Maximaltemperatur während der Sinterung, durchgeführt. Die Gibbs-Energie wird als
tm i die Triebkraft der Reaktion der Elemente miteinander angegeben. Fiir die Simulation wurden die im
ie i i Stahl und dem Zirkonoxid vorhandenen Elemente einbezogen, welche in Tabelle 2 angegeben sind.
ofirde YSZ
4 Ergebnisse und Diskussion
Aufgrund der Schwindungsanpassung sowie der Abstimmung der Prozessparameter können die
| beiden Werkstoffe miteinander co-gesintert werden, ohne dass Delaminationen, Risse und sonstige
MG) makroskopische Fehler nachweisbar sind. In Abbildung 1 sind zwei FESEM Bilder der Laminate
SZ abgebildet. Zum einen ist die dünne Zirkonoxid-Schicht zu sehen. Die Keramikschicht zeigt sich
- nach Sinterung dicht (relative Dichte >99%). Wenn die Keramikschicht eine kritische Dicke über-
schreitet, kommt es zu Spannungen im Verbund und zu Wölbungen aufgrund der unterschiedlichen
Sinterschwindunege beider Materialien. Diese kritische Schichtdicke ist wiederum abhängig von der
