Pulver versorgt intelligente Geräte

"Mit der Pulvermetallurgie gehen wir noch einen Schritt weiter und bieten ein hochwertiges Material an, das auch bei hohen Temperaturen extrem formstabil ist", sagt Dilip Chandrasekaran, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Kanthal Division von Sandvik.

Halbleiterkomponenten für Smartphones und andere digitale Geräte werden in Industrieöfen mit extrem präzisen Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Reinheit verarbeitet. Die pulvermetallurgischen Werkstoffe von Sandvik halten diesen Herausforderungen stand und steigern die Produktivität und Nachhaltigkeit in der Elektronikindustrie.

In unserer digitalisierten Gesellschaft nutzen immer mehr Menschen immer ausgefeiltere Technologien, die in einer wachsenden Zahl von intelligenten Geräten sowohl für den Gebrauch als auch für die Unterhaltung eingebaut sind. Die Nachfrage nach Hardware steigt, und gleichzeitig werden die Anforderungen an Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz immer strenger.

Die Prozesse sind extrem anspruchsvoll, mit hohen Temperaturen von bis zu 1.300 Grad Celsius.

"Unsere Werkstoffe werden beispielsweise in Heizsystemen für Industrieöfen verwendet, in denen Halbleiterkomponenten auf Siliziumbasis mit verschiedenen Beschichtungen behandelt werden, bevor sie zu Leiterplatten zusammengesetzt werden, die schließlich in Smartphones und Computern zum Einsatz kommen", erklärt Dilip Chandrasekaran, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Sandviks Kanthal Division in Hallstahammar.

"Die Prozesse sind extrem anspruchsvoll, mit hohen Temperaturen von bis zu 1.300 Grad Celsius, was bedeutet, dass alle Komponenten, die die Öfen durchlaufen, die raue Gasatmosphäre überstehen müssen, ohne ihre Form zu verändern oder Partikel abzugeben. Andernfalls könnte eine ganze Produktionscharge teurer Siliziumwafer zerstört werden".

Semiconductor components are treated with various coatings in indus trial furnaces where temperatures can reach 1,300 degrees Celsius.

Heizung im Kern

Kanthal liefert ein Produkt, das den Kern dieser Ofenanwendungen bildet, nämlich das Heizelement selbst, das aus einem spiralförmigen Metalldraht besteht, der in ein Keramikfasermodul eingebettet ist. Wenn der Draht mit Strom versorgt wird, erhitzt er sich und erwärmt das Material, das im Ofen verarbeitet werden soll.

"Bei der Herstellung des Drahtes gehen wir von einem Metallpulver aus", sagt Chandrasekaran, "das dann unter hohem Druck und hoher Temperatur zu einem festen Körper gepresst wird, der dann durch Warmwalzen und Ziehen in seine endgültige Form gebracht wird. Das pulvermetallurgische Verfahren verleiht dem Draht dank einer optimalen Mikrostruktur einzigartige Eigenschaften, die bei herkömmlich hergestelltem Walzdraht nicht erreicht werden können."

Der Produktionsprozess basiert auf einer fortschrittlichen Pulvermetallurgie, die es ermöglicht, das Metall mit Milliarden kleiner Partikel zu strukturieren, was seine Festigkeit drastisch erhöht. Ein häufiges Problem bei dieser Art von Heizsystemen ist, dass sich die Bauteile bei hohen Temperaturen mit der Zeit verformen.

Behält die Form bei

Damit ein Werkstoff bei extrem hohen Temperaturen richtig funktioniert, muss er sowohl eine hohe Formstabilität als auch eine hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

"Die spezielle Eisen-, Chrom- und Aluminiumlegierung, auf der unsere Produkte basieren, bietet hervorragende Oxidationseigenschaften in einer konventionell hergestellten Form", sagt Chandrasekaran, "mit der Pulvermetallurgie gehen wir noch einen Schritt weiter und bieten ein hochwertiges Material, das auch bei hohen Temperaturen extrem formstabil ist. Das bedeutet für die Industriekunden, die die Öfen nutzen, einen geringeren Wartungsaufwand und eine höhere Produktivität."

Neben der Halbleiterindustrie sieht Chandrasekaran einen großen und wachsenden Markt bei den Herstellern von Solarzellen, die ebenfalls Silizium als Ausgangsmaterial verwenden und ihre Komponenten in denselben anspruchsvollen Ofenanwendungen wärmebehandeln müssen.

Anwendungsbeispiel: Industrieöfen

Industrieöfen für die Herstellung von Siliziumwafern, die z. B. in der Elektronik und in Solarpanels verwendet werden, sind eine der Anwendungen, bei denen die Pulvermetallurgie eingesetzt werden kann. Die spiralförmige Heizwendel von Sandvik kann dank der einzigartigen Mikrostruktur des Drahtes extremer Hitze standhalten. Diese Technologie basiert auf einer fortschrittlichen Pulvermetallurgie, bei der dem Metall Milliarden von Nanopartikeln hinzugefügt werden, was die mechanische Festigkeit des Drahtes erheblich verbessert.

Pulver treibt additive Fertigung voran

Für Metallpulver als Basismaterial in der additiven Fertigung zeichnen sich noch weitere zukünftige Anwendungen ab: "Mit Metallpulver und 3D-Druckern ist es möglich, eine einzigartige Form und Funktion ganz nach den Wünschen des Kunden und mit minimalem Materialverlust zu gestalten", sagt Dilip Chandrasekaran.

"Dies wird bereits heute kommerziell genutzt, z. B. bei der Herstellung von Kleinstserien bestimmter Flugzeugteile, aber von einer Großserienproduktion sind wir noch weit entfernt. Wir müssen die Produktionskosten senken und sicherstellen, dass das Endprodukt die gleichen Anforderungen an Präzision, Festigkeit usw. erfüllt, die heute gelten.

Sandvik investiert stark in diesen Bereich und hat in der gesamten Wertschöpfungskette der additiven Fertigung - vom Konzept bis zur Serienproduktion - führende Kompetenzen entwickelt. Das Unternehmen hat eine führende Position bei der Herstellung von feinteiligem Metallpulver, das nicht nur als Edelstahl, sondern auch als eine Reihe von Legierungen auf Basis von Metallen wie Nickel, Kobalt/Chrom und Titan angeboten wird.