Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthAbgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Extrusionsschnecke mit lokal angebrachter keramischer Armierung aus Si3N4-TiN (links oben), berechnete Spannungsverteilung
unter Belastung (links unten) sowie Einlasstrichter für die Glas-Flacon-Produktion
aus Si3N4-TiN (rechts)
- Formgebungswerkzeuge für Spritzgießen, Extrudieren oder Trockenpressen werden aufgrund des hohen Verschleißes vorwiegend aus Hartmetallen hergestellt
- Kosten und Verfügbarkeit von Hartmetallen werden zunehmend durch den chinesischen Markt dominiert
- Mechanische Bearbeitung von Keramiken ist komplex und kostenintensiv
- Elektrische Leitfähigkeit abrasionsbeständiger Keramiken ist für die elektroerosive Bearbeitung nicht ausreichend
Zielsetzung
Simulation eines repräsentativen Volumenelementes aus Al2O3 (gelb/orange), das TiN (blau/grau) als elektrisch leitfähige Phase enthält (links) sowie Simulation elektrisch nicht kontaktierter Bereiche bei 60% Perkolation (rechts)
Entwicklung von elektroerosiv bearbeitbaren Formwerkzeugen aus abrasionsbeständigen Keramiken mit:
- hoher chemischer Beständigkeit
- elektrischer Leitfähigkeit Selektr. > 10 S/cm
- Rauigkeitswert Ra < 1 μm
- Bauteildimensionen > 50 mm
Ergebnisse
REM-Aufnahmen von Al2O3-TiN-Gefügen mit unterschiedlich großen Partikeln an TiN: μm-TiN (links) und nm-TiN (rechts)
- Herstellung homogener Keramikkörper auf Basis von Al2O3 und Si3N4 mit definierten Anteilen an TiN
- Weiterentwicklung des Modells zur Mikrostruktur-Simulation: Identifizierung optimierter Partikelmorphologien, -anteile und -größen mittels Mikrostruktur-Eigenschaftssimulation zur Minimierung der Perkolationsschwelle:
- für Si3N4: 32 Vol.% TiN-Zugabe
- für Al2O3: 22 Vol.% TiN-Zugabe
Einfluss der Partikelgröße und des Partikelgrößenverhältnisses der elektrisch leitfähigen zur nichtleitenden Phase auf die Perkolationsschwelle bei gleichförmigen Partikeln
- Durch die Nutzung von TiN-Nanopulver und die Optimierung des Sinterbrandes konnte die Sintertemperatur um bis zu 400 K verringert werden
- Erfolgreiche Optimierung der Entbinderungs- und Sinterbrände, sodass auch Bauteilgeometrien > 50 mm rissfrei hergestellt werden können
- Entwicklung einer Mess- und Bewertungsmethode zur Beurteilung der Rauheit von bearbeiteten Flächen hinsichtlich lokaler Spannungsüberhöhungen
Projektdaten
| Projektlaufzeit | 03.12.2015 - 30.11.2018 |
| Zuwendungsgeber | Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, vertreten durch den Projektträger Jülich |
| Fördersumme | 350.000 Euro |
| Projektpartner | Fraunhofer-Zentrum HTL Paul Rauschert GmbH & Co. KG LAPP Insulators Alumina GmbH Staedtler Mars GmbH & Co. KG Zentrum für Werkstoffanalytik Lauf GmbH |
| Projektkoordination | Paul Rauschert GmbH & Co. KG |
| Projektleitung am HTL | Marina Stepanyan |
 |
 |
 |
 |
 |