Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthAktuelles Förderprojekt
Motivation
Schaltkugel, Ventil und Ventilsitz für die chemische Industrie
Hochfrequenzdurchführungen
Hochdruck-Hochspannungs-Durchführung
für den Sub-Sea-Einsatz
ATZ- bzw. ZTA-Keramiken (ATZ = Alumina Toughened Zirconia / ZTA = Zirconia Toughened Alumina) besitzen innerhalb der Oxidkeramiken die besten mechanischen Eigenschaften und werden deshalb für zahlreiche Strukturkomponenten eingesetzt. Ihre Werkstoffeigenschaften (elektrische und thermische Eigenschaften, Steifigkeit, Bruchzähigkeit, innere Spannungen) werden durch das Mischungsverhältnis von Al2O3 und ZrO2, die Korngrößen der beiden Komponenten und die Art und Menge der zur Phasenstabilisierung des ZrO2 verwendeten Dotierungselemente eingestellt.
Bei ATZ-/ZTA-Keramiken hat neben der Zusammensetzung die Prozessierung - angefangen bei der Rohstoffaufbereitung, Formgebung, Entbinderung und Sinterung bis hin zur Endbearbeitung - entscheidenden Einfluss auf die Materialeigenschaften, insbesondere auf die Festigkeit und Zuverlässigkeit. Gefügefehler müssen dabei sorgfältig minimiert werden.
Zielsetzung
Die drei Beziehungen „Herstellung + Struktur“, „Struktur + Eigenschaften“ und „Eigenschaften + Einsatzverhalten“ sind essentiell für eine zielgerichtete Materialentwicklung
- Einführung der ICME-Methodik bei der Entwicklung technischer Keramiken
- Entwicklung applikationsangepasster ATZ-/ZTA-Keramiken
- Verringerung der Entwicklungszeiten und Kosten entlang der Wertschöpfungskette
- Verbesserte Nachhaltigkeit: Lebensdauer, Material- und Energiebedarf, Ausschuss
- Erweiterte digitale Kompetenz der KMU
- KMU-spezifische Demonstratotren
- Apps für erleichterte Anpassung der Eigenschaftsprofile: Zusammensetzung und Thermoprozesse
- KMU interne Feedstock-Herstellung für flexiblere Eigenschaftsfenster
Lösungsweg
- Entwicklung von ICME-Methoden für ATZ-/ZTA-Keramiken: Simulationen und Anwender-Apps für zielgerichtetes Material- und Prozessdesign sowie Demonstratorauslegung
- Material- und Prozessentwicklung: Rohstoffrecherche, Probenherstellung und Tests, In-situ ZrO2-Dotierung, spezifische Prozessentwicklung: Formgebung und thermische Prozesse
- Charakterisierung von Rohstoffen, Zwischen- und Endprodukten: Dichte, Festigkeit, Verzug, Mikrostruktur, Phasenanalyse, Bruchzähigkeit
Projektdaten
| Projektlaufzeit | 01.03.2021 - 29.02.2024 |
| Förderung |
KMU-Innovativ: Nachhaltiger Umgang mit Rohstoffen |
| Projektkoordination | BCE Special Ceramics GmbH |
| Projektleitung am HTL | Marina Stepanyan |
