Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthAbgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Links: Extrusion von MgO-Wickelkörpern (Quelle: TechnoKer); Rechts: Thermofühler (Quelle: GC-heat)
Links: Minikneter der Fa. Linde: Aufgebaut am HTL zur Übertragung in den Technikumsmaßstab bei der Fa. Technoker; Rechts: REM-Aufnahme eines Heizelementes mit unterschiedlichen MgO-Lagen sowie Aussparungen (weiß) für zwei Kontaktdrähte
- Magnesiumoxid-Keramiken (MgO) werden als Einbett- bzw. Isolationsmaterial in Heizpatronen, Temperaturfühlern und Sicherheitskabeln eingesetzt.
- Zukünftige Anwendungsgebiete der MgO-Bauteile erfordern eine Verbesserung der Produkteigenschaften und des Herstellungsprozesses.
- Billigprodukte aus Fernost erfordern innovative Materialien.
- Der weltweite Markt für technische MgO-Keramiken hoher Reinheit zeigt seit Jahren ein kontinuierliches Wachstum und erreichte für 2016 ein Volumen von 10.000 bis 15.000 t.
Zielsetzung
Schwindungskurven von undotiertem MgO (schwarz) und mit 0,5 Gew.% Dotierung (blau)
Temperaturleitfähigkeit (TLF) von dotiertem und undotiertem (Standard) MgO bei unterschiedlichen Temperaturen
- Entwicklung von MgO-Keramiken mit verbessertem Eigenschaftsprofil in Bezug auf:
- Wärmeleitfähigkeit
- Elektrischer Widerstand auch bei hohen Temperaturen
- Verarbeitbarkeit und Lebensdauer
- Ermittlung geeigneter Additive und Verarbeitungsprozesse
- Optimierte Wärmeprozesse hinsichtlich Eigenschaftsprofil, Verarbeitbarkeit und Energieeffizienz
Ergebnisse
REM-Aufnahmen: links: Gefüge ohne Dotierung, kaum Sinterhälse -> schlechte Temperaturleitfähigkeitrechts: Gefüge mit 1% Dotierung, deutlich mehr versintert -> verbesserte Temperaturleitfähigkeit
- Identifizierung wichtiger mikrostruktureller Anforderungen zur Erzielung der Materialanforderungen: Sinterhalsbildung für Wärmetransport, elektrisch isolierende Additive, Minimierung von Verunreinigungen (Fe, Ca, Si etc.)
- Ermittlung geeigneter Additive durch Literaturrecherche und Berechnung der thermo-dynamischen Stabilität mittels FactSage®
- Einstellung einer verbesserten Gefügestruktur mit angepasster Gefügezusammensetzung und definierter Sinterhalsbildung über Partikelgrößenverteilung, Dotierungselemente und deren Gehalt sowie Reinheit der Rohstoffe
- Optimierte Sinterkurve: Ermittlung eines optimalen, teilgesinterten Zustands mittels TOM > Herabsetzen der Sintertemperatur um bis zu 140 K
- Verbesserung der Temperaturleitfähigkeit um bis zu 40% bei 1100°C gegenüber undotierter Variante
- Aufbau des Durchschlagfestigkeitstest in TOM-Anlagen
- Übertragung in den Technikumsmaßstab: Aufbau Minikneter
Projektdaten
| Projektlaufzeit | 01.09.2018 - 28.02.2021 |
| Zuwendungsgeber | Bundesministerium für Bildung und Forschung |
| Fördersumme HTL | 180.000 Euro |
| Projektpartner | Fraunhofer-Zentrum HTL GC-heat Gebhard GmbH & Co. KG TechnoKer GmbH |
| Projektkoordination | KMU Innovativ „Materialforschung für die Energietechnik“ |
| Projektleitung am HTL | Marina Stepanyan |
