Herstellprozesse

Herstellprozesse

Wärmeprozesse

Das Fraunhofer-Zentrum HTL optimiert Wärmeprozesse zur Herstellung von Keramiken, Metallen und metall-keramischen Verbundwerkstoffen, unter anderem: Trocknung, Entbindern, Pyrolyse, Sintern oder Schmelzinfiltration. Dabei können Temperatur-Zeit-Profile ebenso wie die Ofenatmosphäre oder die Anordnung des Wärmebehandlungsguts im Industrieofen verbessert werden. Ziele sind eine hohe und reproduzierbare Produktqualität bei guter Material-, Energie- und Kosteneffizienz der Prozesse (vgl. Projekt EnerTHERM).

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt ThermoOptische Messöfen (TOM), in denen der industrielle Wärmeprozess im Labor nachgestellt wird. Die TOM-Anlagen können alle in Industrieöfen relevanten Ofenatmosphären nachbilden: Gasbrennerofenatmosphäre, Luft, Inertgase, Formiergas, Wasserstoff, Vakuum, Überdruck, etc..
Sie sind mit Detektoren ausgestattet, mit denen die Materialveränderungen während der Wärmebehandlung mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Zusätzlich kann eine thermophysikalische Charakterisierung von Werkstoffen durchgeführt werden. Messgrößen sind u.a. die Wärmeausdehnung, Sinterschwindung, der Verzug, Temperatur-/Wärmeleitfähigkeit, Emissivität, Wärmekapazität, Reaktionswärme, Gewichtsänderung, Gasemission, Schallemission, Benetzung, Kriechraten, Viskosität und Temperaturwechselbeständigkeit. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren zur thermischen Analyse verfügen die TOM-Anlagen über ein Probenvolumen von ca. 10 bis 100 cm³. Sie können damit auch Eigenschaften von kleinen Bauteilen, Materialverbunden oder heterogenen Materialien während der Wärmebehandlung reproduzierbar messen.

Die Messdaten werden parametrisiert. Insbesondere wird die Kinetik der thermisch aktivierten Reaktionen mit robusten Modellen abgebildet und dann in FE-Simulationen verwendet, um den Wärmeprozess am Computer zu optimieren. In den FE-Modellen wird auch die Wechselwirkung zwischen dem Industrieofen und dem Brennstapel berücksichtigt, sodass die Laborergebnisse anschließend auf den Produktionsmaßstab übertragen werden können. Für Produktionsöfen bietet das HTL Methoden zur Untersuchung von Temperaturverteilung, Ofenatmosphäre und Wärmebilanz an (vgl. Industrieofenanalyse). Auch diese Messdaten können in FE-Modellen abgebildet und zur Optimierung des Wärmeprozesses genutzt werden.

Leistungsangebot

  • In-Situ-Charakterisierung des Verhaltens von Feststoffen und Schmelzen beim Wärmeprozess
  • Untersuchung von Sintern, Entbindern, Pyrolyse sowie Schmelz- und Infiltrationsprozessen
  • Messung von Dimensionsänderungen: Sinterschwindung, Verzug, Wärmeausdehnung
  • Messung von Gasphasenreaktionen: Gewichtsänderung, Gasemission
  • Thermophysikalische Charakterisierung von Feststoffen: Wärmeleitfähigkeit, Kriechbeständigkeit, Emissivität, Hochtemperatur-Festigkeit, Hochtemperatur-E-Modul, Thermoschockbeständigkeit
  • Charakterisierung von Schmelzen: Benetzung, Viskosität
  • Simulation von Wärmeströmen und Temperaturfeldern beim Wärmeprozess
  • Entwicklung von Temperaturzyklen mit kürzerer Gesamtdauer (kalt-kalt), z.B. beim Entbindern und Sintern
  • Entwicklung von Wärmeprozessen mit geringerem Ausschuss/Endbearbeitungsaufwand
  • Entwicklung von Temperaturzyklen/Heizbedingungen mit reduziertem Energieverbrauch
  • Kundenspezifische Entwicklung von Hochtemperatur-Messverfahren

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