Das ist von der Zellkonstruktion abhängig; im Falle eines (anodenlosen) Konzepts mit integrierter Lithium-Metall-Anode würde Quintus eine Verdichtung der vollständigen Pouch-Zelle vorschlagen. Damit würde sich das isostatische Pressen dem Stapeln und Verpacken im Beutel (Pouch) anschließen.
Wir sind für die verschiedensten Ansätze offen, legen den Fokus momentan aber eher auf das Pouch-Zellformat. Konzepte mit Lithium-Metall-Anode oder integrierter Lithium-Metall-Anode sind im Rahmen von Produktionstests besonders interessant für uns. Wir testen aktuell täglich Festkörper-Elektrolytsysteme mit Sulfiden, Oxiden und Verbundstoffen in unseren Anwendungszentren in Schweden und den USA.
Da die Hochdruckatmosphäre isotropisch auf die Oberfläche der Produkte in der Heißzone wirkt, wird eine gleichmäßige mechanische Kraft angewendet. Das bedeutet, dass HIP Festkörper nicht verformt. Das Gas übt immer den gleichen Druck auf die Kanäle im Inneren aus, solange diese zum Gas geöffnet sind. Guss-, MIM- und AM-Teile sind jeweils alle für HIP geeignet und gekapselte Pulver können in Festkörper umgeformt werden (PM HIP oder PM NNS (Powder Metallurgy Near Net Shape – endformnahe Pulvermetallurgie)).
Das Chargenmerkmal ist ein wichtiges Thema. Unsere Simulationen zeigen, dass die Automatisierung von Beschickung, Entnahme und Verdichtung zur Implementierung des isostatischen Pressens in den Gesamtprozess kein Problem sein sollte. Außerdem wird die Prozessgeschwindigkeit vor der Verdichtung durch die Stapel-/Aufwickelgeschwindigkeit begrenzt.
Die Anfangsinvestition erscheint relativ hoch, fällt jedoch im Vergleich mit anderen heute in der Batterieproduktion eingesetzten Anlagen eher niedrig aus. Berechnungen mit von uns entwickelten realistischen Kostenmodellen ergeben für das isostatische Pressen Kosten im unteren Cent-Bereich pro kWh. Das Berechnungsmodell berücksichtigt verschiedene Parameter, wobei die mit dem größten Einfluss die Beutelabmessungen und die Kesselgröße sind, die je nach Kundenwunsch angepasst werden können.
Beim HIP kommt ein Ofen in einem Druckbehälter zum Einsatz. Unter extrem hohem Druck stehendes Gas (in der Regel Argon) wird bei erhöhten Temperaturen dazu genutzt, Materialien zu konsolidieren und interne Mängel wie Porosität und Mikrorisse zu beseitigen. Da die Temperaturen beim HIP sehr hoch sind (bis zu 2300 °C), bewirkt der extreme äußere Druck Kriechen und Diffusion sowie die mechanische Verformung des Werkstoffes bzw. zur Beseitigung von Defekten.
High Pressure Heat Treatment (Hochdruck-Wärmebehandlung) ist die Bezeichnung, die Quintus für die Wärmebehandlung in Kombination mit dem gezielten Erwärmen und heißisostatischen Pressen nutzt. Die Fähigkeit der Quintus-Anlagen, die Abkühlung gezielt zu steuern, erlaubt eine direkte Wärmebehandlung nach der Verdichtung.
Beim kaltisostatischen Pressen werden Pressstücke oder Pulver in Formen bei Umgebungstemperatur einem extremen isostatischen Druck von bis zu 600 MPa (87.022 psi) ausgesetzt. Übliche Druckmedien sind unter anderem Wasser, Emulsion oder Öl, wobei die Pressstücke in einigen Fällen verpackt sein können.
Quintus hat Verfahren entwickelt, die während des HIP-Zyklus eine saubere Atmosphäre sicherstellen, was das Oxidationsrisiko während der Behandlung im Vergleich mit herkömmlichen Methoden reduziert. Es handelt sich um eine neue Technologie, die das HIP mit einem sauberen Prozess revolutionieren wird.
Uniform Rapid Cooling (URC®) (die schnelle gleichförmige Abkühlung) ist eine Erfindung von Quintus, die das gleichmäßige Abkühlen der Ofenladung ermöglicht. Die Zwangskonvektion von heißem Hochdruckgas über einem Kühlkörper ermöglicht die kontrollierte Abkühlung des Gases. URC® kommt bei Metallen und keramischen Materialien zur Erhöhung der Produktivität und Wärmebehandlung der Pressstücke zum Einsatz.
Uniform Rapid Quenching (URQ®) (die schnelle gleichförmige Abschreckung) ist eine Erfindung von Quintus, die eine schnelle Abschreckung der Ofenladung mit ähnlichen Abkühlraten wie die Gasabschreckung erlaubt. Im HIP-System wird das heiße Gas im Ofen schnell durch kaltes Gas ersetzt, was die Ofenladung wirksam und gleichmäßig bei minimaler Belastung abschreckt.
Beim warmisostatischen Pressen werden Pressstücke oder Pulver in Formen bei Umgebungstemperatur einem extremen isostatischen Druck von bis zu 600 MPa (87.022 psi) ausgesetzt. Übliche Druckmedien sind unter anderem Wasser, Emulsion oder Öl, wobei die Pressstücke in einigen Fällen verpackt sein können.
Standardanlagen mit einem Durchmesser von bis zu 1,6 m sind in der Regel für einen Nenndruck von 200 MPa ausgelegt. Je größer der Durchmesser der Heißzone ausfällt, desto mehr Kraft wirkt auf die Verschlussteile. Die Konstruktion von Quintus mit drahtgewickeltem Jochrahmen ist hierfür ausgelegt und der Nenndruck größerer Anlagen kann an Ihre Bedürfnisse angepasst werden.
Die Serienmodelle unserer warmisostatischen Batteriepressen können Drücke von bis zu 600 MPa bei Temperaturen von 150 Grad Celsius liefern (mit Wasser oder Öl als Druckmedium).
HIP dient zur Konsolidierung von Pulvern, Feststoffen oder Kombinationen dieser. Geeignete Materialien reichen von Keramik über Metalle bis hin zu Verbundwerkstoffen. HIP wird bei leichten Materialien, Schnellarbeitsstählen, Werkzeugstählen und Superlegierungen eingesetzt und ebenso zur Entwicklung neuer Materialien wie Hochentropielegierungen genutzt.
Die verschiedensten Materialien eignen sich für die Wärmebehandlung in Form von Lösungsglühen im HIP-System. Außerdem ist die Aushärtung aushärtbarer Legierungen möglich, um die Festigkeit mit porenfreien Mikrostrukturen zu erhöhen. Keramische Materialien wie Siliziumnitrid können ebenfalls von viel höheren Abkühlraten profitieren als zuvor möglich. In beiden Fällen hilft der Druck im Inneren des Druckbehälters.
Metalle, weiche magnetische Materialien und Keramikpulver sind typische Materialien. In einigen Fällen können kaltisostatisch gepresste Materialien in einem weiteren Verarbeitungsschritt heißisostatisch gepresst werden.
Moderne HIP-Anlagen von Quintus bieten Betriebstemperaturen von bis zu 2.000 °C (3.632 °F) und Betriebsdrücke von 200 MPa (30.000 psi). Die zu wählenden Parameter sind vom Material abhängig, wobei ein höherer Druck häufig die Nutzung niedrigerer Temperaturen ermöglicht, wodurch die gewünschte Mikrostruktur der Materialien erhalten werden kann. Natürlich darf die Arbeitstemperatur während des HIP-Zyklus nicht die Schmelztemperatur des zu behandelnden Materials überschreiten.
Pulver, das in einer Form extremem Druck ausgesetzt ist, wird zu einem Festkörper kompaktiert, der je nach Material eine Dichte von bis zu 95 % erreichen kann.
Da HIP mechanische Mängel in den Pressstücken beseitigt, werden Materialeigenschaften wie die Lebensdauer, Ausdehnung und Stoßfestigkeit verbessert. Anschließendes Schleifen oder Polieren der Oberflächen offenbart eine hervorragende Rauheit und es zeigt sich keine unerwünschte Porosität. Diese wurde bereit durch das HIP behoben.
Wenn Pulver in einer Form einem hohen Druck ausgesetzt wird, kann es zu einem Festkörper kompaktiert werden, der je nach Material eine Dichte von bis zu 95 % erreicht.
Von den zwei verfügbaren Technologien, Monoblock und Drahtwicklung, erlauben die drahtgewickelten Systeme eine Skalierung des Druckbehälters auf ein Zylindervolumen von bis zu 2.000 Litern.
HPHT nutzt die Konvektion des HIP-Druckmediums über kalten Flächen im HIP-Kessel. Diese kalten Flächen werden durch Abkühlung erreicht, die wiederum durch die besondere Konstruktion der Anlagen von Quintus möglich ist. Der Gasstrom kann reguliert und beeinflusst werden, was Ihnen die Regelung der Abkühlung mit einer bestimmten Rate gestattet. Eine Schlüsselrolle kommt hierbei den URC®- und URQ®-Technologien von Quintus zu.
Die größte Presse der Welt besitzt eine Heißzone mit einem Durchmesser von 2,05 Metern, ist 4,2 Meter hoch und ihr Eigner und Betreiber ist die Metal Technology Company in Japan. Es besteht jedoch ein hohes Interesse an noch größeren Maschinen.
In den Auftragsgesprächen mit Quintus können Sie Ihre Produktivität durch die optimale Nutzung Ihrer Betriebsflächen sicherstellen. Wir helfen Ihnen beim Layout und können den Aufbau der Anlage an ihren verfügbaren Platz anpassen. Das gibt Ihnen außerdem Planungssicherheit für Baumaßnahmen, Transport und Installation. Wir unterstützten Sie bei der Inbetriebnahme, sodass sich Ihre Investition schneller bezahlt macht.
