Im Bereich des Sinterns, eines bedeutenden Technik bei der Produktion von Keramik und Metallen wurde Zeuge vom Erscheinen neuartiger Technologien (z.B. Selektives Lastersintern), welche höhere Heizraten und Flexibilität in der Produktion komplexer Geometrien bietet. Allerdings ist das Erreichen der angestrebten Mikrostruktur und Materialeigenschaften eine Herausforderung an sich, dem liegt ein Zwischenspiel verschiedener Mechanismen und komplexer nicht-isothermer Faktoren zugrunde. Das Phasenfeldmodell, ein leistungstarkes Mittel zur Untersuchung der Evolution der Mikrostruktur, weist quantitative Gültigkeitsbeschränkungen auf, wenn sie mit diffusiven Prozessen (z.B. Massen- und Wärmetransport) gekoppelt wird. Da es sich um einen diffusiven-Grenzflächen Ansatz handelt, können während der Simulation selber abnormale Effkte von ebendiesen Grenzflächen ausgehen. Andererseits mangelt konventionellen quantitativen Modellen die zugrundeliegende Thermodynamik und Varaitionsrechnung. Zwar existieren quantitative Modelle basierend auf der Variationsrechnung für flüssig-fest Grenzflächen, im Bereich des Sinterns sind diese aber derzeit nicht verfügbar.

In dieser Arbeit wird ein variatives quantitatives Phasenfeldmodell (unsure about the translation of variational model) für nicht-isotherme Sinterprozesse formuliert. Das entwickelte Modell, basierend auf den Onsager Beziehungen und Prinzipien der Variationsrechnung, wurde formuliert um abnormale Grenzflächeneffekte zu eliminieren und gleichzeitig thermodynamische Konsistenzt zu wahren. Die Kopplungsterme zwischen der Kinetik konservierter Grössen (z.B. Masse- und Wärmetransfer) und der Kinetik der nicht-konservierten Grösse (Kornwachstum), welche typischerweise vernachlässigt werden, werden hier mit einbezogen. Via asymptotischer Analyse wird gezeigt, wie instrumentell diese Terme sind um die Eliminierung von Grenzflächeneffekten sicherzustellen und gleichzeitig eine Änderung der Gleichgewichtsbedingungen zu verhindern. Weitergehend wird eine quantitative Validierung des Modells mittels anisotopischer Interpolation der kinetischen Mobilitäten durchgeführt.

Numerische Simulationen belegen die Bedeutung der Kopplungsterme und anisotropischer Interpolation für quantitativ akkurate Simulationen. Während das vorgeschlagene Modell diese Begriffe einführt, was eine komplexere numerische Implementierung erfordert, bietet es einen erheblichen Vorteil. Das Modell ermöglicht die Verwendung grösserer Schnittstellenbreiten während der Simulationen bei gleichzeitiger Beibehaltung der quantitativen Genauigkeit. Dies ermöglicht die Verwendung gröberer Netze, was zu einer besseren Verbesserung der Recheneffizienz führt. Die Evoltion der Mikrostruktur aufgrund thermischer Einflüsse dargestellt und ein Vergleich erfolgt zwischen etablierten und dem vorgestelltem Modell. Ausserdem wurden 3D Simulationen des Sinterns von YSZ Mikropartikeln durchgeführt, diese zeigen die Möglichkeiten des formulierten Modells die Entwicklung der Mikrostruktur, Dichte und des Temperaturprofils darzustellen. Das formulierte Modell und Simulation-Frameworks dieser Studie bietet ein leistungsstarkes Werkzeug für quantitaive Simulationen für nicht-isothermes Sintern und verwandte Prozesse.