Aktuelles Förderprojekt

Die Trocknung der Grünkörper ist der erste entscheidende Temperaturschritt in der Keramikerstellung und reduziert den Wassergehalt der Bauteile vor dem Brennen auf etwa 1 bis 2 %. Eine gesteuerte und optimierte Trocknung ist wichtig, um Risse und Bauteilfehler zu vermeiden.

Der Trocknungsprozess macht dabei bis zu 50 % der Gesamtenergie in der Keramikproduktion aus. Angesichts der Klimaziele ist somit eine Optimierung des Trocknungsprozesses notwendig. Da Trocknungsöfen sehr lange Betriebszeiten haben, können Energieeinsparungen sowohl durch technische bzw. verfahrenstechnische Veränderungen als auch durch optimierte Material- und Prozessansätze erreicht werden. 

Schwerpunkt dieses Projekts ist die optimierte Trocknung technischer Keramiken mit dem Ziel einer signifikanten Effizienzsteigerung und Energieeinsparung. Die Arbeiten erfolgen an extrudierten Rohren und Stäbchen aus den wichtigsten technischen Oxidkeramiken: Al₂O₃, MgO und ZrO₂ sowie Komposit-Platten aus Al₂O₃ mit ZrO₂-Beschichtung.

Die prozesstechnische Charakterisierung und Optimierung des Trocknungsverhaltens erfolgt über In-situ-Analysen mit der anzupassenden Messanlage TOM_dry sowie der Nutzung der Messdaten in neuartigen Trocknungssimulationen.

Im Fall der Al₂O₃-ZrO₂-Kompositplatten besteht ein weiteres Ziel darin, diese in einem Brennzyklus (Co-Firing) zu sintern, was durch die thermo-optische in-situ Erfassung und Anpassung der jeweiligen Sinterkinetik erfolgt.

Im Projekt werden zwei Hauptansätze zur Optimierung der Trocknung der technischer Keramiken verfolgt:

Zum einen werden anorganische Rohstoffe und Trocknungsadditive variiert. Die Morphologie und Korngrößenverteilung der Rohstoffe beeinflussen die Packungsdichte und Kapillarspannung und somit das Trocknungsverhalten. Auch der Einfluss organischer Additive wie Binder und Plastifizierer wird analysiert, um die Trocknungseffizienz zu steigern, ohne die Bauqualität zu beeinträchtigen.

Zum anderen werden verbesserte Trocknungsparameter entwickelt. Bei definierten Trocknungsprogrammen mit variierten Prozessparametern von Temperatur, relativer Feuchte und Strömungsgeschwindigkeit werden Masseverlust, Schwindungsverhalten und Oberflächentemperatur in TOM_dry in-situ erfasst und anschließend parametrisiert in neuartige FE-Modelle zur Trocknungssimulation integriert. Die optimierten Trocknungskurven werden anschließend in Labortrocknern verifiziert und auf die Produktionstrockner übertragen.