Aktuelles Förderprojekt

Integrated Computational Materials Engineering neuartiger Keramiken im System ATZ/ZTA (InCoKer)

Motivation

Schaltkugel, Ventil und Ventilsitz für die chemische Industrie
© BCE Special Ceramics GmbH
Schaltkugel, Ventil und Ventilsitz für die chemische Industrie
Hochfrequenzdurchführungen
© TKC Technische Keramik GmbH
Hochfrequenzdurchführungen
Hochdruck-Hochspannungs-Durchführung  für den Sub-Sea-Einsatz
© Alumina Systems GmbH
Hochdruck-Hochspannungs-Durchführung für den Sub-Sea-Einsatz

Alumina toughened Zirconia (ATZ) oder Zirconia Toughened Alumina (ZTA) sog. ATZ bzw. ZTA-Keramiken besitzen innerhalb der Oxidkeramiken die besten mechanischen Eigenschaften und werden deshalb für zahlreiche Strukturkomponenten eingesetzt. Ihre Werkstoffeigenschaften (elekt. und therm. Eigenschaften, Steifigkeit, Bruchzähigkeit, innere Spannungen) werden durch das Mischungsverhältnis von Al2O3 und ZrO2, die Korngrößen der beiden Komponenten, 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 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
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Die drei Beziehungen „Herstellung + Struktur“, „Struktur + Eigenschaften“ und „Eigenschaften + Einsatzverhalten“ sind essentiell für eine zielgerichtete Materialentwicklung
  • Einführung der ICME-Methodik bei der Entwicklung tech. Keramiken
  • Entwicklung applikationsangepasster AZT - ZTA Keramiken
  • Verringerung der Entwicklungszeiten und Kosten entlang der Wertschöpfungskette
  • Verbesserte Nachhaltigkeit: Lebensdauer, Material-, 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

ICME zum Erzielen verkürzter Markteinführungszeiten
© Fraunhofer-Zentrum HTL
  • Entwicklung von ICME-Methoden für AZT/ZTA-Keramiken:
    Simulationen und Anwender-Apps für zielgerichtetes Material- und Prozessdesign sowie Demonstratorauslegung
  • Material- und Prozessentwicklung:
    Rohstoffrecherche, Probenherstellung und Tests, In-situ ZrO2-Dotierung; spez. Prozessentwicklung: Formgebung & therm. 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