Sintertechnik
Inhaltsverzeichnis
1. Was versteht man unter Sintern?
Sintern ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilen oder Keramikteilen. Durch das Zusammenpressen des pulverförmigen Ausgangsmaterials entsteht der fein- oder grobkörnige Grünkörper, der bei der anschließenden Temperaturbehandlung seine endgültige Form erhält und somit zu einem festen Werkstück wird.
Die Sinterwerkstoffe werden beim Sintern durch das „Zusammenbacken“ – Zusammenpressen – der Pulver zu Bauteilen geformt.
2. Video: Was ist sintern? Grundlagen über das Verfahren
3. Ablauf des Sinterverfahrens
1. Ausgangsstoff der Sinterteile mischen
2. Formgebung
3. Verdichtung
4. Abkühlung & Nachbearbeitung
5. Endkontrolle
4. Sintern genauer betrachtet
Beim Sintern werden Werkstoffe hergestellt oder verändert. Trotz des Erhitzens – oft unter erhöhtem Druck – bleibt die Form des Werkstücks erhalten, weil die Erwärmung der feinkörnigen keramischen oder metallischen Stoffe unterhalb der Schmelztemperatur bleibt. Da sich die Partikel des pulverförmigen Ausgangsmaterials verdichten und Porenräume zusammengedrückt werden, tritt in der Regel eine Schwindung während des Vorgangs auf.
Grundsätzlich haben Sinterprozesse eine große Bedeutung in der Keramikherstellung („Sinterglaskeramik“) und in der Metallurgie („Sintermetalle“ und „Pulvermetallurgie“). Dabei ist das Festphasensintern vom Flüssigphasensintern zu unterscheiden, bei dem es auch zu einer Schmelze kommt.
Erst durch die Temperaturbehandlung des fein- oder grobkörnigen Grünkörpers erhält das Sintererzeugnis seine endgültigen Eigenschaften, wie Festigkeit, Härte oder Temperaturleitfähigkeit. Dies kann im Sinterprozess, je nach Anforderungen, gezielt gesteuert werden. Der Grünkörper wird in einem vorangegangenen Prozessschritt, wie bspw. der Extrusion, geformt.
4.1 Das Grundprinzip des Sinterns
Mit dem Vermischen der körnigen oder pulvrigen Stoffe beginnt der Sinterprozess. Anschließend wird das Granulat erwärmt und miteinander verbunden bzw. verdichtet. Dies ist auch der entscheidende Unterschied zur reinen Schmelze, denn es werden keine (zumindest nicht alle) Ausgangsstoffe geschmolzen. Umgangssprachlich wird in diesem Zusammenhang gerne das Wort „zusammenbacken“ verwendet. Das Sintern wird dem Fertigungsverfahren Urformen und der Kategorie „Stoffeigenschaften ändern“ zugeordnet.
Pulver besitzen eine große Oberfläche und somit eine große Oberflächenenergie. Jedes System strebt jedoch nach einem Zustand geringster freier Enthalpie (geringste innere Energie), was man sich beim Sintern zunutze macht. Die Oberflächenenergie sinkt, weil sich die einzelnen Körner vergrößern.
Das Bauteil verfestigt sich durch den zugleich steigenden Anteil abgesättigter chemischer Bindungen.
Nach dem Mischen der Pulver wird die Pulvermasse in die Form des herzustellenden Werkstücks gebracht. In der Metallurgie erfolgt dies meist durch Verpressen der Pulvermassen. Bei der Keramikherstellung erfolgt eine Formung und anschließendes Trocknen – wie bspw. bei der Produktion von Steinzeug oder Tongut. Damit die Pulverpartikel gut zusammenhalten, wird oft ein Bindemittel eingesetzt. Etwa beim Kalten Gießen. Der, durch das Verpressen, entstandene Grünling oder Grünkörper wird durch eine darauffolgende Wärmebehandlung unterhalb der Schmelztemperatur verdichtet und ausgehärtet.
4.2 Bei welchen Temperaturen erfolgt das Sintern?
Beim Sintern – der Wärmebehandlung – durchlaufen die Bauteile im Ofen drei Stadien:
- Eliminieren des Bindemittels bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C
- Eigentliches Sintern bei Temperaturen von 1.120-1.135°C
- Abkühlen im Ofen
5. Vor- und Nachteile
Vorteile beim Sintern
Der klare Vorteil des Sinterns liegt in der Verwendung und dem Zusammenführen von Ausgangsstoffen, die sich auf andere Weise nur sehr schwer oder gar nicht verbinden lassen.
Nachteile beim Sintern
Die verbleibende Porosität ist der größte Nachteil des Sintervorgangs. Chemisch gesehen sind noch immer makroskopische Partikel des Ausgangsstoffes vorhanden, die das Bauteil, im Vergleich zu bspw. Metalllegierungen, inhomogen und somit brüchig machen. Dies hat eine Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase zur Folge, die i.d.R. unerwünscht ist. Hoher Ausschuss oder die Notwendigkeit einer Imprägnierung sind die Folge.
6. Sinternprodukte
Generell erweitert die ständige Entwicklung und Optimierung neuer Metallpulver die Anwendungsmöglichkeiten für Sinterformteile. Deshalb erstreckt sich der Einsatz von Sinterbauteilen nicht nur auf den Automobilbau oder Brachen von Haushalts-, Heimwerker- und Büromaschinen.
- Keramikherstellung: Bauteile wie Schneidkeramik, Elektroporzellan oder keramische Magnete
- Herstellung von Metallformteilen: metallische Form- und Fertigteile in großen Serien, wie in der
- Automobilindustrie, z. B. Lager und Lagerschalen, Gleitlager, Bauteile für Motoren und Getriebe, Siebe, Filter, Dauermagnete und Bremsbeläge
- Werkzeug-Teile oder Wendeschneidplatten aus Hartmetallen
- Zahntechnik: Herstellung von Keramikzähnen, Verblendungen
6.1 Was kann nicht durch das Sintern hergestellt werden?
Bohrungen und Einstiche eines Werkstücks, die quer zur Pressrichtung liegen oder ein Gewinde haben.
7. Ursprung der Sintertechnologie
Seit der Erfindung der Keramik findet der Sinterprozess Anwendung und wird laufend empirisch verfeinert. Während das Brennen von Porzellan dabei zu den ältesten Anwendungsbereichen zählt, gewinnt das Sintereisen aufgrund des Kupfermangels während des zweiten Weltkrieges zunehmend an Bedeutung.
Eine systematische Erforschung des Sinterverfahrens setzte allerdings erst in den
1950er Jahren ein, als man begann, Metallbauteile aus Pulverformkörpern herzustellen.
Die dabei gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend auf den Umgang mit Hochleistungskeramiken übertragen.
Seit der Erfindung der Sintertechnik Anfang der 1990er Jahre, ist das Sinterverfahren auch als Lasersintern (LS) bekannt, weil damals alle Systeme einen Laser verwendeten.
Sie benötigen Sinter-Bauteile?
Informieren Sie sich hier über die Spezifika des Sinter-Verfahrens bei Richter Formteile.
Service - ganz nach Ihrem Bedarf
Wir verstehen uns als Ihr Partner über die Wertschöpfungskette hinweg.
Technische Beratung
Gerne unterstützen wir Sie bei fachlichen Fragen ✓ Stimmen Sie Ihre Anforderungen und die technische Zeichnungen mit unserem Fachpersonal ab!
Bearbeitung / Baugruppen
Umfassende Bearbeitung, Oberflächenbehandlung von Formteilen ✓ Vormontage und Montage von Baugruppen ✓ Teilen Sie uns jetzt Ihre Anforderungen mit!
Supply Chain Management
Wir kümmern uns neben der Entwicklung und Produktion der Bauteile auch um ✓ Beschaffung ✓ Logistik ✓ Verzollung - Jetzt informieren und Vorteile nutzen!
Wir sind in jeder Branche vertreten
Wir sind in der Branche zuhause, wo unsere Kunden sind. Erfahren Sie hier mehr zu unseren Referenzen.
Antriebstechnik
Armaturen und Pumpen
Bauindustrie
Elektroindustrie
Fahrzeugbau
Filtertechnik
Land- und Forstwirtschaft
Lebensmittelindustrie
Maschinenbau
Medizintechnik
8. Fragen und Antworten rund um das Verfahren Sintern
FAQs zur Sintertechnik
Sintern ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem feinkörnige Metall- oder Keramikpartikel unter hoher Temperatur miteinander verbunden werden, ohne dass das Material vollständig schmilzt. Dabei entsteht ein festes, dichtes Bauteil mit hoher Festigkeit und guten mechanischen Eigenschaften.
So funktioniert Sintern:
- Erwärmung unterhalb der Schmelztemperatur
- Das Material wird auf 60–90 % seiner Schmelztemperatur erhitzt.
- Metallpartikel beginnen, an ihren Kontaktpunkten zu verschmelzen.
- Diffusion & Verdichtung
- Durch Atombewegung (Diffusion) wachsen die Körner zusammen.
- Poren im Material werden reduziert, und die Dichte steigt.
- Erstarrung & Abkühlung
- Nach einer bestimmten Haltezeit wird das Material langsam abgekühlt.
- Das Bauteil erhält seine endgültige mechanische Festigkeit & Maßhaltigkeit.
Die Sintertemperatur hängt vom Material ab und liegt typischerweise zwischen 60–90 % der Schmelztemperatur des jeweiligen Metalls oder der Legierung. Hier sind einige typische Werte:
| Material | Sintertemperatur (°C) |
|---|---|
| Edelstahl (316L, 17-4 PH) | 1.200 – 1.400 |
| Werkzeugstahl (M2, H13) | 1.100 – 1.250 |
| Titan (Ti-6Al-4V) | 1.200 – 1.300 |
| Wolframlegierungen | 1.400 – 2.200 |
| Nickelbasislegierungen (Inconel) | 1.200 – 1.300 |
| Kobalt-Chrom (Co-Cr) | 1.250 – 1.350 |
| Hartmetall (WC-Co) | 1.350 – 1.500 |
Es ist zu beachten, dass die Sintertemperatur von den Faktoren Materialzusammensetzung, Sinteratmosphäre und Sinterverfahren beeinflusst wird.
Somit liegt die Sintertemperatur meist zwischen 1.100–1.400 °C, abhängig vom Metall. Hochschmelzende Materialien wie Wolfram benötigen über 2.000 °C.
Das Sintern wird für eine Vielzahl von Metallen, Legierungen und Keramiken verwendet. Hier sind die wichtigsten Materialgruppen:
- Metallische Werkstoffe
- Eisen- & Stahllegierungen
- Edelstahl (316L, 17-4 PH, 304L) – Korrosionsbeständig, für Medizintechnik & Automobilindustrie.
- Werkzeugstahl (M2, H13, D2) – Hohe Härte & Verschleißfestigkeit, für Schneidwerkzeuge.
- Kohlenstoffstähle (Fe-C, Fe-Ni-Cr) – Für mechanische Bauteile & Zahnräder.
- Hartmetalle & Schwermetalle
- Wolframlegierungen (W-Ni-Fe, W-Ni-Cu) – Sehr hohe Dichte, für Abschirmungen & Präzisionsgewichte.
- Hartmetalle (WC-Co, TiC-Ni) – Extrem verschleißfest, für Bohrer, Fräser & Schneidwerkzeuge.
- Leichtmetalle
- Titanlegierungen (Ti-6Al-4V) – Biokompatibel, leicht & fest, für Medizintechnik & Luftfahrt.
- Aluminiumlegierungen – Für Leichtbauanwendungen, allerdings seltener im MIM-Prozess.
- Hochtemperaturlegierungen
- Nickelbasislegierungen (Inconel 718, Hastelloy X) – Hitzebeständig, für Turbinen & Raumfahrt.
- Kobalt-Chrom-Legierungen (Co-Cr-Mo) – Verschleißfest & biokompatibel, für Zahnimplantate.
- Eisen- & Stahllegierungen
- Keramische Werkstoffe (Keramiksintern)
- Aluminiumoxid (Al₂O₃) – Sehr hart & chemisch beständig, für Isolatoren & medizinische Anwendungen.
- Zirkonoxid (ZrO₂) – Hohe Bruchzähigkeit, für Zahnimplantate & Messer.
- Siliziumkarbid (SiC) & Bornitrid (BN) – Hitzebeständig, für Hochtemperaturanwendungen.
- Pulvermetallurgische SINT-Werkstoffe
- SINT-C – Gesinterter Kohlenstoffstahl, häufig für mechanische Bauteile mit hoher Festigkeit.
- SINT-D – Gesinterte Eisen-Kohlenstoff-Legierung, oft für verschleißfeste Komponenten.
- SINT-E – Kupfer- oder bronzebasierter Sinterwerkstoff, oft für selbstschmierende Gleitlager.
- SINT-AL – Aluminium-Sinterwerkstoff, leicht und korrosionsbeständig.
- SINT-ST – Edelstahlbasierter Sinterwerkstoff mit hoher Korrosions- und Temperaturbeständigkeit.
Fast alle Metalle, Hartmetalle und technische Keramiken können gesintert werden. Die Wahl des Materials hängt von den Anforderungen an Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Dichte ab.
Richter Formteile ist ausschließlich auf metallische Werkstoffe spezialisiert. Sehen Sie hier welche.
Die Sintertechnik findet in einer Vielzahl von Industrien Anwendung, da sie es ermöglicht, hochpräzise, belastbare und komplexe Bauteile aus Metall oder Keramik herzustellen. Das Unternehmen Richter Formteile hat sich ausschließlich auf metallische Bauteile spezialisiert. Zu den wichtigsten Industrien gehören:
- Automobilindustrie
- Herstellung von Zahnrädern, Lagern, Ventilen, Pleuelstangen und anderen Bauteilen mit hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
- Anwendung in Getrieben, Motoren und Bremssystemen.
- Luft- und Raumfahrt
- Produktion von leichten und hochfesten Strukturbauteilen.
- Hochtemperaturbeständige Werkstoffe für Turbinenschaufeln und Triebwerkskomponenten.
- Medizintechnik
- Implantate (z. B. Hüft- und Knieprothesen, Zahnimplantate).
- Chirurgische Instrumente aus biokompatiblen Materialien.
- Elektronik- und Elektrotechnik
- Herstellung von Kontaktwerkstoffen, Elektromagneten, Wärmetauschern und Kühlkörpern.
- Anwendung in Sensoren, Widerständen und elektrischen Schaltern.
- Werkzeug- und Maschinenbau
- Herstellung von Hartmetall-Werkzeugen wie Schneidplatten, Fräsern und Bohrern.
- Abrasive und verschleißfeste Komponenten für Maschinen.
- Energie- und Umwelttechnik
- Brennstoffzellenkomponenten und Filter für die Abgasreinigung.
- Herstellung von porösen Sintermetallen für die Öl- und Gasindustrie.
- Konsumgüterindustrie
- Herstellung von Uhrenbauteilen, Schmuck, Küchengeräten und Haushaltswerkzeugen.
- Additive Fertigung (3D-Druck mit Sinterverfahren)
- Selektives Lasersintern (SLS) für Kunststoff- und Metallteile in Prototyping und Serienproduktion.
Durch die Flexibilität des Sinterprozesses können Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften gefertigt werden, was die Technik in vielen Branchen unverzichtbar macht.
Die Sintertechnik bietet eine optimale Balance zwischen Wirtschaftlichkeit, Materialeffizienz und hoher Präzision, insbesondere für die Serienfertigung von technischen Bauteilen. Gegenüber anderen Fertigungsverfahren wie Gießen, Fräsen oder Schmieden zeigen sich zahlreiche Vorteile:
- Materialeffizienz: Wenig Abfall, recycelbares Pulver.
- Komplexe Geometrien: Präzise Formen ohne große Nachbearbeitung.
- Materialvielfalt: Metalle, Keramiken, poröse oder dichte Strukturen möglich.
- Kosteneffizienz: Besonders wirtschaftlich in der Serienfertigung.
- Mechanische Vorteile: Hohe Härte, Verschleißfestigkeit, weniger innere Spannungen.
- Nachhaltigkeit: Geringerer Energieverbrauch und CO₂-Ausstoß.
Ja, mit der Sintertechnik können komplexe Geometrien hergestellt werden. Da das Material in Pulverform verarbeitet wird, lassen sich filigrane Strukturen, Hohlräume und feinste Details realisieren, die mit Gießen oder Fräsen nur schwer oder gar nicht umsetzbar wären.
Besondere Merkmale:
- Hohe Maßgenauigkeit ohne aufwendige Nachbearbeitung
- Integrierte Hohlräume und Kanäle für leichte oder funktionsintegrierte Bauteile
- Poröse oder dichte Strukturen je nach Anwendungsbedarf
Die verbleibende Porosität, durch zurückbleibende makroskopische Partikel des Ausgangsstoffes, macht das Bauteil inhomogen und brüchig, wodurch es durchlässig für Flüssigkeiten und Gase wird.
- Geringere Festigkeit durch Porosität und reduzierte Dichte.
- Eingeschränkte Präzision bei sehr feinen Details oder scharfen Kanten.
- Begrenzte Bauteilgröße, da Schwindung und Verzug auftreten können.
- Hohe Werkzeugkosten lohnen sich nur für große Serien.
- Nicht alle Materialien sind geeignet, insbesondere sehr duktile Metalle.
Trotzdem bleibt Sintern eine effiziente Lösung für komplexe und wirtschaftliche Serienfertigung.