Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter February 19, 2021

Qualitative and Quantitative Microstructural Analysis of Copper for Sintering Process Optimization in Additive Manufacturing Applications

Qualitative und quantitative Gefügeanalyse von Kupfer zur Optimierung des Sinterprozesses für Anwendungen in der additiven Fertigung
J. Ott, A. Burghardt, D. Britz, S. Majauskaite and F. Mücklich
From the journal Practical Metallography

Abstract

This work will present possibilities for the characterization of copper powder green bodies and sintered copper microstructures during pressureless sintering. The introduction of new parameters to microstructural characterization based on qualitative and quantitative microstructural analysis will facilitate the systematic optimization of the sintering process. As a result of the specific evaluation of the microstructure evolution, conventional isothermal sintering could be successfully replaced by multi-step temperature profiles, thus achieving sintering densities of more than 99 % by simultaneously reducing process time. This systematic optimization of the sintering process of Cu through specific microstructural analysis may now be applied to sinter-based manufacturing technologies such as Binder Jetting and Metal Powder Injection Moulding, enabling the manufacture of complex and highly conductive Cu parts for applications in electronics.

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit präsentiert Möglichkeiten der Charakterisierung von Pulvergrünkörpern und gesinterten Mikrostrukturen von Kupfer während des drucklosen Sinterprozesses. Die Einführung neuer Parameter zur Gefügecharakterisierung mittels qualitativer und quantitativer Gefügeanalyse ermöglicht die systematische Optimierung des Sinterprozesses. Durch die gezielte Bewertung der mikrostrukturellen Entwicklung ist es gelungen, den konventionellen isothermen Sinterprozess durch mehrstufige Temperaturprofile zu erset zen, wodurch bei gleichzeitiger Verringerung der Prozessdauer Sinterdichten von über 99 % erreicht werden konnten. Diese systematische Optimierung des Sinterprozesses von Cu durch gezielte Gefügeanalyse kann nun auf sinterbasierte Fertigungsverfahren wie Binder Jetting und Metallpulverspritzgießen übertragen werden, um die Fertigung von komplexen und hochleitfähigen Cu-Bauteilen für Anwendungen in der Elektronik zu ermöglichen.

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Received: 2020-10-11
Accepted: 2020-10-29
Published Online: 2021-02-19

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