Kaltsintern von Keramiken

Thema

Kaltsintern ist ein neuartiges Verfahren zur Verdichtung keramischer Werkstoffe unter Druck und unter Verwendung reaktiver Additive. Im Vergleich zu herkömmlichen Sinterverfahren bietet es deutlich reduzierte Sintertemperaturen (<400 °C) und kürzere Prozesszeiten. Das Fraunhofer IKTS untersucht den Einfluss von Sinteradditiven und Prozessparametern auf die resultierenden Materialeigenschaften und die Mikrostruktur, um neuartige Materialkombinationen mit verbesserten Eigenschaften zu realisieren.

 

Hauptmerkmale
 

  • Sintern verschiedenster Materialien unter hohem Druck bei Temperaturen unter 400 °C
  • Co-Sintern von Keramiken und anderen Materialien mit sehr unterschiedlichen Sintertemperaturen
  • Vermeidung unerwünschter thermischer Zersetzungsreaktionen während des Sinterns
  • Sintern von Verbundwerkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Stabilitätsbereichen (z. B. Keramik/Polymer)

 

Demonstrierte Materialien und Komponenten
 

Elektrolytfolien für Na-Festkörperbatterien

  • Herstellung dünner (Dicke < 260 µm), transluzenter NaSICON-Folien
  • Ionenleitfähigkeit von 0,27 mS/cm nach Kaltsintern bei 375 °C
© Fraunhofer IKTS

Vollkeramische Na-Festkörperbatterie

  • Co-Sintern von Kompositkathode (NVP/NaSICON) und Elektrolyt
  • Zyklierung ohne flüssige oder polymere Elektrolyte möglich

Kompositkathode für Li-Festkörperbatterien

  • Kaltsintern der LATP/LFP-Kathode bei 200 °C
  • Folienbasierte Ausgangskomponenten
  • Direkte Verwendung für den Zellaufbau nach dem Sintern
  • Keine flüssigen/polymeren Elektrolyte in der Kathode

Li2O-Al2O3-SiO2 (LAS) Glaskeramik (Pellets)

  • Kaltsintern bei Temperaturen von 280 °C bis 320 °C
  • Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und hohe relative Dichte (> 95 % des Ausgangsmaterials)

CaRuO3 (Pellets)

  • Kaltsintern bei 380 °C
  • Relative Dichte > 85 %
  • Mögliche Anwendungen als inerte Anode in der Schmelzsalzelektrolyse

 

Leistungsangebot
 

  • Anpassung der Sinterparameter für bestmögliche Eigenschaften kundenspezifischer Materialien und Komponenten
  • Bestimmung von Mikrostruktur und Eigenschaften (z. B. ionische und elektronische Leitfähigkeit) der Materialien in Abhängigkeit von ihren Sinterparametern
  • Partner in gemeinsamen Forschungsprojekten, Durchführung von Machbarkeitsstudien, Herstellung von Prototypen und Demonstratoren, Bereitstellung von Verifizierungsmustern

 

Veröffentlchungen
 

  • M. Vinnichenko, K. Waetzig, A. Aurich, C. Baumgaertner, M. Herrmann, C.W. Ho, M. Kusnezoff, C.W. Lee Li-Ionen-leitfähiges Li1,3 Al(0,3)  Ti(1,7)  (PO(4))(3)(LATP) Festelektrolyt, hergestellt durch Kalt-Sintern mit verschiedenen Sinterzusätzen. Nanomaterials 12, 3178 (2022). (Link)
  • E. Dashjav, M. Bhardwaj, M.-T. Gerhards, Q. Ma, K. Wätzig, C. Baumgärtner, D. Wagner, A. Lowack, M. Kusnezoff, F. Tietz. Phasenentwicklung von NaSICON-Materialien während der temperaturabhängigen konventionellen und Kaltverfestigung. ACS Appl. Energ. Mater. Online veröffentlicht am 29. Juli 2025

 

Weitere Informationen