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Organisationseinheit der BAM
The viscosity of silica glasses with different water contents was measured by penetration of sapphire microspheres in the range from 1012-1014·7 Pas at ambient pressure. Commercial silica glasses were used together with hydrous silica glasses, which were prepared by melting glass powder plus water in an internally heated pressure vessel at 2-3 kbar and 1350-1450°C. The temperature dependence of the viscosity of silica glasses with total water contents Cw of 5·4×10-4, 7·0×10-4, 1·00×10-2, and 1·55×10-2(Cw in mass fractions) can be described by Arrhenius equations. From the results, the linear dependence of the T12 isokom (K) with the logarithm of the water content was determined as T12=192-409 logCw. The analysis of the compositional dependence of the T12 isokom in the H2O-Na2O-SiO2 system reveals a temperature depression of up to 200 K for mixed water- and sodium-bearing glasses compared to H2O-SiO2 and Na2O-SiO2 glasses with same molar silica content. From these findings we conclude that protons may contribute significantly to the mixed alkali effect in glasses.
Gläser zeichnen sich durch eine breite und kontinuierlich abstimmbare chemische Zusammensetzung sowie einzigartige Formgebungstechniken aus, was sie oft zur Schlüsselkomponente moderner Hochtechnologien macht. Die Glasentwicklung ist jedoch oft noch zu kosten-, zeit- und energieintensiv. Der Einsatz von robotergestützten Schmelzsystemen, eingebettet in eine Ontologie-basierte digitale Umgebung, soll diese Probleme in Zukunft überwinden. Im Rahmen der BMBF Forschungsinitiative MaterialDigital unternimmt das Verbundprojekt GlasDigital „Datengetriebener Workflow für die beschleunigte Entwicklung von Glas“ erste Schritte in diese Richtung. Das Projektkonsortium, an dem das Fraunhofer ISC in Würzburg, die Friedrich-Schiller-Universität Jena (OSIM), die Technische Universität Clausthal (INW) und die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM, Fachgruppe Glas) beteiligt sind, will alle wesentlichen Basiskomponenten für eine beschleunigte datengetriebene Glasentwicklung zusammenführen. Zu diesem Zweck wird ein robotergestütztes Hochdurchsatz-Glasschmelzsystem mit neuartigen Inline-Sensoren zur Prozessüberwachung, auf maschinellem Lernen (ML) basierenden adaptiven Algorithmen zur Prozessüberwachung und -optimierung, neuartigen Werkzeugen für die Hochdurchsatz-Glasanalyse sowie ML-basierten Algorithmen zum Glasdesign, Data Mining sowie Eigenschafts- und Prozessmodellierung ausgestattet. Der Vortrag gibt einen Überblick darüber, wie all diese Komponenten miteinander verzahnt sind, und veranschaulicht ihre Nutzbarkeit anhand einiger Beispiele.
Advanced methods for 3D green density characterization like computed tomography and 3D FE sinter modeling can be utilized for increasing the reliability of sintered components. The experimental in situ observation of sintering, however, is currently restricted to silhouette methods, i.e. heating microscopy. For complex shaped samples, in situ shape screening during shrinkage would allow much better validation of 3D sinter simulation models. Further, by revealing temporary sinter warpage, 3D high-temperature shape screening allows to locate potential defects of complex sintered components. Against this background, BAM developed a testing device for in situ 3D high-temperature shape screening for ceramic and glass-ceramic tapes up to 1000°C [1-3]. Current work is focused on dropping this restriction in sample shape and temperature. The poster illustrates the current state of this work and possible applications of the method e.g. in detecting sinter warpage of metallized glass-ceramic LTCC tapes.
Advanced ceramics are promising key components for microsystems
engineering, communication Technology and medical engineering.
Driven by steadiiy increasing demands on dimensional accuracy of
components and Integration density, sintering has to be controlled at
an unprecedented degree of precision.
Being most crucial for components of complex shape, graded or heterogeneous-composed parts like LTCC multilayers for microsystems, precise control of sintering has a decisive influence on the dimensional accuracy, mechanical integrity and reliability of sintered components.
Thus, permanent or temporary shape distortions or warping during sintering may result from spatially heterogeneous microstructure and
temperature distribution, e.g. during the co-firing process of green
multilayer Stacks printed with metallization and other functional pastes.
Whereas permanent warping can be easily measured after sintering, temporary warping during firing is more difficult to measure. Nonetheless, this effect may cause latent failures later, which often limit the applicability of ceramic components.
Hochleistungssinterwerkstoffe spielen eine wachsende Rolle in derzeitigen Schlüsseltechnologien wie der Mikrosystem-, Informations-, Kommunikations- und Medizintechnik.
Dabei steigen die Anforderungen an die präzise Steuerung der Sinterung. Besonders für komplexe, gradierte oder heterogen zusammengesetzte Formkörper wie zum Beispiel keramische LTCC-Multilayer für die Mikrosystemtechnik hat die exakte Beherrschung dieses Prozessschrittes wesentlichen Einfluss auf die Maßhaltigkeit, mechanische Integrität und Zuverlässigkeit der gesinterten Bauteile. Bedingt durch die Heterogenität der mehrlagigen und mit Leit- und anderen Funktionspasten bedruckten Sinterkörper hinsichtlich ihrer sinterphysikalischen oder thermischen Eigenschaften können bleibende
oder temporäre Verwerfungen beim Schrumpfungsprozess auftreten, wobei letztere unter Umständen Ursache latenter Fehler im späteren Bauteil sind.
Es wurde ein Gerät zur In-situ-Kontrolle des Sinterns keramischer Bauteile mit Hilfe der Hochtemperatur-Lasertriangulation aufgebaut. Durch Rotation der Probe und gleichzeitiger Positionierung des Laserabstandssensors erfolgt die dreidimensionale Erfassung der Topografie der Probenoberfläche. Derzeit können flache Proben mit den Maßen < 20 cm x 20 cm x 1 cm bis 1000 °C untersucht werden. Die örtliche Wiederholpräzision des verwendeten Lasersensors beträgt 10 µm bei 20 °C und 15 µm bei 1000 °C. Die lineare Positioniergenauigkeit des Sensors liegt bei 1 µm, die Winkelauflösung der Drehung des Probentellers beträgt 0,0025 °. Daten für ein 3D-Oberflächenprofil werden in etwa 2 bis 3 Minuten erzeugt. Spezielle Linienprofile erhält man bei einer Messzeit von wenigen Sekunden.