Verschraubungen aus Zirkonoxid

Keramische Verschraubungen aus Zirkonoxid für den Einsatz unter hohen mechanischen, korrosiven und thermischen Belastungen

Einsetzbarkeit von klassischen Stahlschrauben ist limitiert
Entwicklung von Keramikschrauben
- Anwendungen: Chemische Industrie, Maschinen- und Anlagenbau, Luft- und Raumfahrt, Umformtechnik, Mikrotechnik, Medizintechnik
- Vorteile von Keramik: hochtemperaturstabil, korrosionsresistent, nicht magnetisch, geringe elektrische Leitfähigkeit, abriebbeständig
- ABER: Sprödigkeit, Kriechen bei hohen Temperaturen, Kerbwirkung, hohe Reibwerte

Schraubverbindungen aus Zirkonoxid für den Einsatz:
- bei hohen Temperaturen
- in stark korrosiven Umgebungen
- unter hohen mechanischen Belastungen
- für zyklische thermische Belastung (hohe TWB, niedrige Wärmekapazität)
- auch nach langen Standzeiten noch lösbar
Nachbearbeitung soll vermieden werden
CNC-Fertigungsverfahren
- geeignet für kleine und mittlere Serien
- Bearbeitung im Grünzustand
Superbolt aus ZrO₂-Keramik

Erfolgreiche Materialentwicklung von MgO-teilstabilisiertem ZrO₂
- Optimierung der Rohstoffzusammensetzung, Entbinderung, Sinterung
- Materialeigenschaften vergleichbar zu Referenzmaterial (Z 501)
Design: Finite-Elemente-Analysen für M10 Gewinde
- Erarbeitung eines keramikgerechten Designs, das eine ca. dreifach höhere Belastung erlaubt als ein normgerechtes DIN-Gewinde
Prototypenherstellung im 3D-Druckverfahren
- Nötige Festigkeit konnte herstellungsbedingt nicht erreicht werden
Erfolgreiche Prototypenherstellung beim Projektpartner BCE mittels Grünbearbeitung
- 60% höhere Torsionsfestigkeit durch keramikgerecht designtes Gewinde
- Anzugsmoment für Superbolt (10-14Nm)

Projektlaufzeit	01.06.2014 - 30.11.2016
Förderung	Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Fördersumme	174.500 Euro
Projektpartner	Fraunhofer-Zentrum HTL BCE Special Ceramics GmbH
Projektkoordination	BCE Special Ceramics GmbH
Projektleitung am HTL	Marina Stepanyan