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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur mit
optimierter Raumform aus einem Werkstoff.
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Für viele
Anwendungen werden Leichtbaustrukturen aus keramischen, metallischen
oder polymeren Werkstoffen benötigt.
Bei den Werkstoffen kann es sich einerseits um Konstruktionswerkstoffe
für passive
Bauteile und andererseits um Funktionswerkstoffe für aktive,
d. h. aktuatorische und/oder sensorische Bauteile handeln. Da es
sich in jedem Fall um Leichtbaustrukturen handelt, haben die Bauteile
aus den Werkstoffen beider Gruppen gemein, dass es sich um Hochleistungsstrukturen
handeln sollte, die statisch und/oder dynamisch hoch belastet werden
können,
und dies mit einem Minimum an eingesetztem Werkstoff erreicht wird.
Bei einer perfekten Leichtbaustruktur sind alle Komponenten eines
Bauteils im gleichen Maße
belastet, um Spannungsspitzen zu vermeiden und unbelastete Bauteile auszusparen.
Der mechanische Kraftfluss ist daher die maßgebliche Auslegungsgröße für eine Struktur mit
optimierter Raumform im Sinne eines ”Fully-Stressed-Designs”.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
Verfahren zur Ausbildung einer Mikrostruktur aus einem keramischen
Werkstoff ist aus Weber, Tomandel, 1998: ”Porous Al2O3
Ceramics with uniform Capillaries”, cfi/Berichte DKG 075 (1998)
S. 22 bis 24 bekannt. Zur Herstellung strukturierter Bauteile aus
keramischem Werkstoff für
unter anderem aktuatorische Anwendungen wird ein potenzialbasiertes
Verfahren eingesetzt. Die aktuatorischen Bauteile können beispielsweise
als hochfrequente breitbandige Wandler eingesetzt werden, wobei
es sich bei dem Werkstoff um PZT-Keramik handelt. Das Verfahren
basiert auf dem Prinzip der ionotropen Kapillarengelbildung, bei
dem durch die Vernetzung organischer Polymersole mit 2- bzw. 3-wertigen
Metallkationen gleichmäßig verteilte,
parallel verlaufende Porenkanäle
in einer keramischen Matrix ausgebildet werden, deren gemeinsame
Ausgangssubstanz eine homogene Mischung aus PZT-Suspension und Alginalsol
ist. Die strukturierten Vorformen werden nach Ionenaustausch und
dem Austausch von Wasser gegen Lösungsmittel
getrocknet und anschließend
gesintert. Ausgehend von dem feuchten Gel bis zur gesinterten Struktur
tritt eine Volumenschrumpfung von über 99% auf. Zurzeit sind derartige
Strukturen aus PZT-Keramik mit einem Durchmesser von ca. 2 mm und
einer Höhe
von 0,5 bis 1 mm herstellbar, wobei die einzelnen Kapillaren einen
Durchmesser von ca. 10 μm
aufweisen. Wenn auch durch Variation der Prozessparameter Einfluss auf
den Durchmesser und die Dichte der Kapillaren genommen werden kann,
so ist deren genaue Anordnung doch im Wesentlichen zufällig. Mit
einer zufälligen
Festlegung der Raumform einer Struktur können keine Hochleistungsstrukturen
ausgebildet werden, die eine für
den jeweiligen Anwendungsfall optimierte Raumform aufweisen sollen.
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Bei
der Herstellung von Mikrostrukturen aus keramischen Werkstoffen
nach klassischen keramischen Verfahren, bei denen zunächst ein
Grünkörper aus
keramischer Rohmasse ausgebildet und dann gesintert wird, treten
grundsätzliche
Probleme bei der Ausbildung dreidimensionaler Mikrostrukturen mit
dünnen
Wandstärken
auf. Die durch Schrumpfungsprozesse beim Sintern entstehenden inneren Spannungen
führen
dazu, dass im Bereich dünner Wandstärken sehr
schnell Risse auftreten, die es unmöglich machen, bei der Wandstärke dreidimensionaler
Strukturen die Größenordnung
von 1 mm deutlich zu unterschreiten. Dies gilt selbst dann, wenn
die Volumenschrumpfung beim Sintern durch Optimierung der keramischen
Rohmasse reduziert wird.
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Im
Bereich der Vergütung
von Oberflächen ist
es bekannt, ein Bauteil aus einem metallischen Werkstoff an der
Oberfläche
lokal mit einem Laser so stark zu erwärmen, dass die Schmelztemperatur
des Metalls überschritten
wird. Das Metall kann sich so aufgrund seiner Oberflächenspannung
an der Oberfläche
des Bauteils umverteilen, um eine geglättete Oberfläche auszubilden.
Diese geglättete
Oberfläche wird
durch Wiederabkühlen
des Werkstoffs bis unter seine Schmelztemperatur konserviert.
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Aus
der
DE 101 02 865
A1 sind keramische Schaummonolithe als Katalysatorträger und
Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Bei diesen Verfahren wird
die Form eines offenzelligen keramischen Schaummonoliths durch einen
offenzelligen Polymerschaum vorgegeben, der mit einem Schlicker
imprägniert
wird. Der resultierende Grünkörper wird
getrocknet, getempert und gesintert. Hierbei entsteht ein Monolith
aus hartem, offenzelligem und gasdurchlässigem Keramikschaum.
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Aus
der
DE 100 46 174
C2 sind eine Hohlkugel und Verfahren zur Herstellung von
Leichtbauteilen mit Hohlkugeln bekannt. Bei diesen Verfahren werden
die einzeln oberflächenbeschichteten
Hohlkugeln durch Erhöhen
der Temperatur miteinander verbunden, indem beispielsweise metallische
Beschichtungen aneinander angrenzender Kugeln miteinander verschmelzen.
Hierdurch wird eine zunächst
aus den Hohlkugeln in Form eines Schüttguts hergestellte Vorform
zur Ausbildung der gewünschten
Leichtbauteile räumlich
fixiert.
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Aus
der
DE 101 28 664
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von keramischen Formkörpern
durch Sintern von ausgewählten Stellen
eines keramischen Materials mit einem Laserstrahl bekannt. Dabei
wird zunächst
ein Kontinuum in Form einer Schicht aus einer flüssigen Suspension oder plastischen
Masse durch Auftragen derselben ausgebildet. Diese Schicht wird
anschließend getrocknet
und dann mit dem Laserstrahl an ausgewählten Stellen zur Bildung des
gewünschten
Formkörpers
gesintert. Der gesamte Formkörper
entsteht aus einer Vielzahl derartiger Schichten.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden
einer Struktur mit optimierter Raumform aus einem Werkstoff aufzuzeigen, bei
dem die gewünschte
Raumform zielsicher erreicht wird und Probleme mit inneren Spannungen durch
Schrumpfungen des Werkstoffs vermieden werden.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
des neuen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem neuen Verfahren wird zunächst
eine Vorform der Struktur ausgebildet. Diese Vorform gibt wesentliche
Merkmale der Struktur vor, besitzt aber noch nicht die gewünschte optimierte
Raumform. Z. B. kann die Vorform die Anzahl von Ausnehmungen in
der Struktur vorgeben, deren genaue Form und deren genaue räumliche
Lage aber noch zu optimieren sind. Gleichermaßen kann die Vorform die Anzahl von
Kontaktpunkten oder Verbindungselementen der Struktur vorgeben,
wobei auch hier die genaue Form und die genaue Lage noch zu optimieren
sind. Bei der Vorform befindet sich der Werkstoff im Volumen der
Vorform in einem Zustand, in dem er in der Lage ist, sich unter
Einwirkung innerer Spannungen umzuverteilen. Dies bedeutet nicht,
dass sich der Werkstoff der gesamten Vorform zu einem einzigen Zeitpunkt
in diesem Zustand befinden muss. Es ist aber wesentlich, dass sich
der Werkstoff eines überwiegenden
Teils der Struktur der Vorform zumindest irgendwann in diesem Zustand
befindet, in dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung innerer
Spannungen umzuverteilen. Außerdem
muss sich der Werkstoff bei der Vorform in einem solchen Umfang
gleichzeitig in diesem Zustand befinden, dass er im Volumen der
Vorform in der Lage ist, sich unter Einwirkung innerer Spannungen
umzuverteilen. Mit anderen Worten ist es nicht ausreichend, diesen
Zustand nur an einer Oberfläche
zu erreichen. Vorzugsweise erstreckt sich der Bereich des Werkstoffs,
in dem sich dieser bei der Vorform zu einem Zeitpunkt in dem Zustand
befindet, in dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung innerer
Spannungen umzuverteilen, von einer Seite der Vorform durch die
Vorform hindurch bis auf deren gegenüberliegende Seite. Zu dem Zustand
selbst ist anzumerken, dass der Werkstoff, soweit innere Spannungen
auftreten, in der Lage ist, sich so weit umzuverteilen, dass sich
die Raumform der Vorform ändert,
wozu eine Umgruppierung von Volumenanteilen der Werkstoffs erfolgt.
Bei dem neuen Verfahren erfolgt diese Umgruppierung unter Einwirkung
innerer Spannungen in dem Werkstoff bei gleichzeitiger Vorgabe geometrischer
Randbedingungen, mit denen neben den inneren Spannungen die Vorgaben
für das
Erreichen der optimierten Raumform der auszubildenden Struktur gemacht werden.
Durch die Eindeutigkeit dieser Vorgaben wird die Voraussetzung dafür geschaffen,
dass sich der Werkstoff der Vorform selbstorganisiert in die Struktur
mit der optimierten Raumform umverteilt. Anschließend wird
der umverteilte Werkstoff in einen Zustand überführt, in dem die erfolgte Umverteilung des
Werkstoffs konserviert ist.
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Bei
dem Zustand, in dem sich der Werkstoff unter Einwirkung innerer
Spannungen umzuverteilen vermag, handelt es sich um einen viskosen
Zustand des Werkstoffs. Dabei bestimmt die Viskosität im Wesentlichen
die Geschwindigkeit, mit der sich der Werkstoff unter dem Einfluss
innerer Spannungen umzuverteilen mag, und nicht die optimierte Raumform,
die der Werkstoff anstrebt. Diese wird durch die inneren Spannungen
und die geometrischen Randbedingungen festgelegt.
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Indem
zunächst
die Vorform ausgebildet und erst dann der Werkstoff im Volumen der
Vorform den Zustand, in dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung
innerer Spannungen umzuverteilen, überführt wird, ist es einfach, die
Vorform zu ihrer Ausgestaltung zu handhaben.
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Dass
der Werkstoff bei dieser Vorgehensweise nacheinander in unterschiedlichen
Teilvolumina der Vorform in den Zustand überführt wird, in dem er in der
Lage ist, sich unter Einwirkung innerer Spannungen umzuverteilen,
ist insbesondere bei komplexeren Strukturen und entsprechend komplexeren Vorformen
sinnvoll, weil hier die Gefahr besteht, dass die Struktur bzw. die
hierfür
von der Vorform gemachten Vorgaben insgesamt verloren gehen, wenn
der gesamte Wirkstoff gleichzeitig in den Zustand überführt wird,
in dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung innerer Spannungen
umzuverteilen, da er dann auch beispielsweise Schwerkräften ungeschützt ausgesetzt
ist.
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Dadurch,
dass der Werkstoff nacheinander in unterschiedlichen Teilvolumina
der Vorform in den Zustand überführt wird,
in dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung innerer Spannung
umzuverteilen, ist es weiterhin möglich, die geometrischen Randbedingungen,
unter denen sich der Werkstoff in die optimierte Raumform umverteilt,
durch Bereiche der Vorform oder der bereits ausgebildeten Struktur
vorzugeben, in denen sich der Werkstoff nicht bzw. nicht mehr in
diesem Zustand befindet.
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Um
den Werkstoff der Vorform in Teilvolumina der Vorform in den Zustand
zu überführen, in
dem er in der Lage ist, sich unter Einwirkung seiner inneren Spannung
umzuverteilen, kann seine Temperatur erhöht werden. Bei Betrachtung
keramischer Werkstoffe ist die Temperaturerhöhung so hoch zu wählen, dass
nicht nur eine Diffusion des Werkstoffs auftritt, wie sie zum Sintern
mindestens erforderlich ist, sondern eine so hohe Beweglichkeit
erreicht wird, dass sich der Werkstoff tatsächlich so weit umverteilen kann,
dass sich die Raumform der Vorform wesentlich zu ändern vermag.
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Die
inneren Spannungen des Werkstoffs, unter dessen Einwirkungen er
sich bei dem neuen Verfahren umverteilt, umfassen insbesondere solche Spannungen,
die auf Grenzflächenspannungen
zwischen dem Werkstoff und seiner Umgebung bzw. angrenzenden Materialien
beruhen. Die inneren Spannungen können zumindest teilweise auch
durch eine Volumenschrumpfung des Werkstoffs bei dem neuen Verfahren
hervorgerufen werden. Mit anderen Worten wird bei dem neuen Verfahren
eine Volumenschrumpfung des Werkstoffs gezielt ausgenutzt und ist
nicht etwas, was zur Vermeidung von Problemen möglichst weitgehend zu unterbinden
ist.
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Die Überführung des
umverteilten Werkstoffs in einen Zustand, in dem seine Umverteilung
konserviert ist, kann bei dem neuen Verfahren durch einen physikalischen
und/oder chemischen Phasenübergang
erfolgen. Ein physikalischer Phasenübergang erfolgt beispielsweise
dann, wenn eine Schmelz- oder Glastemperatur des Werkstoffs unterschritten wird.
Ein chemischer Phasenübergang
von flüssig oder
viskos nach fest kann bei einigen keramischen Werkstoffen beispielsweise
durch eine Veränderung des
pH-Werts hervorgerufen werden.
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Mit
dem neuen Verfahren ist es möglich,
Mikrostrukturen und auch Nanostrukturen aus verschiedenen Werkstoffen
auszubilden, insbesondere aber auch aus Funktionswerkstoffen, bei
denen die Ausbildung dreidimensionaler Mikrostrukturen häufig extrem
problematisch ist. Dies gilt insbesondere für keramische Funktionswerkstoffe.
Auch andere keramische Werkstoffe können mit dem neuen Verfahren
in überraschend
einfacher Weise in Strukturen mit optimierter dreidimensionaler
Raumform überführt werden.
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Eine
spezielle Form von Strukturen, die mit dem neuen Verfahren besonders
leicht herstellbar sind, sind solche, deren optimierte Raumformen durch
so genannte Minimalflächen
begrenzt werden. Diese Minimalflächen
entsprechen einer dreidimensionalen Raumform der Strukturen mit
minimaler Energie. Der genaue Verlauf der Minimalflächen hängt daher
von den wirkenden Potenzialen ab. Entsprechend sind die Potenziale
die in der Verwendung der Struktur auftreten durch die inneren Spannungen
und geometrischen Randbedingungen bei der Ausbildung der Struktur
nach dem neuen Verfahren möglichst
genau nachzubilden.
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Beispielsweise
können
nach dem neuen Verfahren zwei- oder dreidimensionale Wabenstrukturen mit
optimaler dreidimensionaler Raumform hergestellt werden, bei denen
also die Materialverteilung über
die Wabenstruktur in Bezug auf eine gleiche Belastung aller Anteile
des Werkstoffs optimiert ist.
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Andere
Strukturen, die nach dem neuen Verfahren mit optimierter Raumform
ausgebildet werden können,
sind z. B. Katenoide, Trinoide, Fournoide oder N-Noide mit N ≥ 5 sowie zweidimensionale Strukturen,
die einer Projektion dieser vorgenannten dreidimensionalen Strukturen
entsprechen.
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Das
neue Verfahren kann auch zur Herstellung von Mikro- oder Nanostrukturen
verwendet werden, wobei diese Mikro- bzw. Nanostrukturen auch von
Vorformen ausgehen können,
die sich zu einer Vielzahl in einer Dispersion befinden können.
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Werkstoffe,
die bei dem neuen Verfahren verwendet werden können, umfassen Keramiken, z. B.
SiO2, Metalle, z. B. Zirkoniumwolframat,
das bei Erwärmung
schrumpft, Legierungen, Gläser,
Polymere und Verbundwerkstoffe (allerdings hier nur Teilchenverbundwerkstoffe
und Faser- oder Stabverbundwerkstoffe), soweit es sich um Konstruktionswerkstoffe
handelt. Bei den Funktionswerkstoffen kann es sich um piezokeramische
Werkstoffe, z. B. PZT, magnetostriktive Werkstoffe, z. B. seltene
Erden-Legierungen, wie Terfenol, ferroische Materialien, z. B. Photo-Ferroelektrika,
Formgedächtnislegierungen,
z. B. NiTi, oder auch piezoelektrische Polymere, z. B. PVDF, handeln.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und
der gesamten Beschreibung. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere
den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer
Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche abweichend
von den gewählten
Rückbeziehungen
ist ebenfalls möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die
in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren skizzierten
bevorzugten Ausführungsbeispielen
weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
eine Vorform für
eine Wabenstruktur,
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2 zeigt
die aus der Vorform gemäß 1 ausgebildete
Struktur mit optimierter Raumform,
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3 zeigt
eine mikroskopische Aufnahme eines Details der Struktur gemäß 2,
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4 zeigt
eine andere Struktur mit dreidimensionaler Raumform, die nach einem
Verfahren hergestellt wurde, das nicht unter die geltenden Patentansprüche fällt, und
die
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5–9 zeigen
weitere Beispiele von dreidimensionalen Strukturen, die mit optimierter Raumform
durch das neue Verfahren herstellbar sind.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Vorform 1 für
eine in 2 wiedergegebene Struktur 2,
bei der es sich um eine Wabenstruktur handelt. Die Vorform 1 ist
ein Grünling 3 aus
keramischem Werkstoff 4. Im Randbereich 5 der
Vorform 1, der durch eine Kreuzschraffur markiert ist,
weist der keramische Werkstoff 4 eine von dem Mittelbereich 6 der
Vorform 1 abweichende Zusammensetzung auf. In dem Mittelbereich 6 ist
die Vorform 1 mit zylindrischen Ausnehmungen 7 versehen. Die
zylindrischen Ausnehmungen 7 liegen in einer hexagonalen
Anordnung vor. Die Unterschiede in der Zusammensetzung des keramischen
Werkstoffs 4 in dem Randbereich 5 und dem Mittelbereich 6 führen dazu,
dass beim Erwärmen
der Vorform 1 der keramische Werkstoff 4 in dem
Mittelbereich 6 bereits viskos wird, wenn er in dem Randbereich 5 noch
formstabil ist. Wenn dieser Zustand gezielt herbeigeführt wird,
verteilt sich der Werkstoff 4 in dem Mittelbereich 6 unter
Einwirkung innerer Spannungen um, wobei ihm durch den Randbereich 5 geometrische
Randbedingungen vorgegeben werden. Die inneren Spannungen, unter
denen die Umverteilung des Werkstoffs 4 erfolgt, beruhen
einerseits auf Grenzflächenspannungen
des Werkstoffs 4 gegenüber
seiner Umgebung und andererseits auf einer Volumenschrumpfung des
Werkstoffs 4, z. B. aufgrund des Ausgasens von Bindemitteln
des Grünlings 3.
Unter diesen Vorgaben verteilt sich der Werkstoff selbstorganisiert
in die Wabenstruktur gemäß 2 mit
optimierter Raumform um, d. h. in eine Wabenstruktur mit minimaler
potenzieller Energie bzw. gleichmäßiger Belastung des gesamten
Werkstoffs 4. Die zylindrischen Ausnehmungen 7gemäß 1 haben
sich dabei in Kanäle 8 mit
abgerundetem sechseckigem Querschnitt umgeformt. Auch in der zur
Zeichenebene der 1 und 2 verlaufenden
Tiefenrichtung zeigen sich aufgrund der Energieminimierung bei den
Kanälen 8 Abweichungen
von der Zylinderform (in 2 nicht wiedergegeben).
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3 ist
eine mikroskopische Wiedergabe einer nach dem neuen Verfahren hergestellten
Wabenstruktur in Form einer keramischen Mikrostruktur. Die Vorgehensweise
war dabei konkret wie folgt: Aus einem kolloidalen SiO2-Gel
wurde ein Grünkörper mit einer
Dichte von ca. 80 Vol.-% im Schlickerdruckgussverfahren hergestellt,
getrocknet und mit einer Fräsvorrichtung
strukturiert, um die zylinderförmigen Ausnehmungen 7 gemäß 1 einzubringen.
Mit energiereichem Licht von einem Laser wurde anschließend ein
Teilbereich dieser Vorform auf eine erhöhte Sintertemperatur (ca. 1450°C) erwärmt. Der nicht
mit dem Laser erwärmte
angrenzende Bereich der Vorform unterlag keinem Sinterschrumpf und
gab die geometrischen Randbedingungen für den Bereich vor, indem der
keramische Werkstoff in der Lage war, sich unter Einwirkung innerer
Spannungen umzuverteilen. Hieraus resultierte die in 3 sichtbare
Struktur, in der sich ein hexagonaler Querschnitt bei der optimierten
Raumform der Durchbrechungen klar abzeichnet.
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4 skizziert
die Durchführung
eines Verfahrens, bei dem ein Schlicker 9, d. h. eine wässrige Suspension
eines keramischen Pulvers als Werkstoff 4, auf eine ebene,
waagerechte, hydrophobe Unterlage 10 gegeben wird. Der
Schlicker 9 hat aufgrund der hohen Grenzflächenenergie
zu der hydrophoben Unterlage 10 das Bestreben, seine Grenzflächen zu der
hydrophoben Unterlage 10 unter der Randbedingung der auf
ihn einwirkenden Schwerkraft zu minimieren. Gleichzeitig sind gemäß 4 zwei
hydrophile und parallel zueinander ausgerichtete Barrieren 11 vorgesehen,
mit denen der Schlicker 9 in Berührung steht. Da die Grenzflächenenergie
des Schlickers 9 zu den Barrieren 11 negativ ist,
hat der Schlicker 9 das Bestreben, seine Grenzflächen zu
den Barrieren 11 zu maximieren. So verteilt sich der Schlicker 9 selbstorganisiert
in die in 4 skizzierte Raumform um, die
einem Energieminimum entspricht. Treibende Kraft sind dabei die
inneren Spannungen innerhalb des Schlickers 9 aufgrund
der Grenzflächenspannungen
zu der hydrophoben Unterlage 10 und den Barrieren 11.
Hinzu kommt auch noch die Grenzflächenspannung zur Luft und die Schwerkraft
auf dem Schlicker. Durch Beeinflussung dieser Grenzflächenspannungen
mittels oberflächenaktiver
Mittel (Surfactants) können
die Randbedingungen für
die Ausbildung der Raumform des Schlickers 9 variiert werden,
um diese Raumform an unterschiedliche Einsatzbedingungen der Struktur
anzupassen, die sich dann ergibt, wenn der Schlicker 9 ausgehärtet wird,
was hier durch Änderung
seines pH-Werts erfolgt. Eine Aushärtung einer Suspension eines
keramischen Pulvers durch Änderung
ihres pH-Werts ist beim sogenannten Koagulationsgießen Stand
der Technik. Alternativ kann ein solcher Schlicker auch durch eine
Vinylpolimerisation in eine feste Substanz umgesetzt werden. Dies
entspricht dem Vorgehen beim so genannten Gel-Casting.
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Die 5–9 skizzieren
verschiedene andere Strukturen mit optimierter Raumform, die nach
dem neuen Verfahren herstellbar sind. Hierbei handelt es sich um
einen Katenoiden (5), einen Trinoiden (6),
einen Fournoiden (7), einen 5noiden (8)
und einen 6noiden (9). Diese Strukturen sind jeweils
durch Minimalflächen
begrenzt und zeichnen sich durch eine absolute Gleichbelastung des
eingesetzten Werkstoffs bei ihrer mechanischen Beanspruchung aus,
wenn die Randbedingungen bestehend aus den inneren Spannungen und
den geometrischen Randbedingungen bei ihrer Herstellung auf die
Bedingungen bei ihrer späteren praktischen
Verwendung abgestimmt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorform
- 2
- Struktur
- 3
- Grünling
- 4
- Werkstoff
- 5
- Randbereich
- 6
- Mittelbereich
- 7
- Durchbrechung
- 8
- Kanal
- 9
- Schlicker
- 10
- hydrophobe
Unterlage
- 11
- hydrophile
Barriere
