Abgeschlossenes Förderprojekt

Entwicklung von neuartigen Magnesiumoxid-Kompositen (neMaKo)

Motivation

Links: Extrusion von MgO-Wickelkörpern (Quelle: TechnoKer); Rechts: Thermofühler (Quelle: GC-heat)
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
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)
Schwindungskurven von undotiertem MgO (schwarz) und mit 0,5 Gew.% Dotierung (blau)
Temperaturleitfähigkeit (TLF) von dotiertem und undotiertem (Standard) MgO bei unterschiedlichen Temperaturen
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
© Fraunhofer-Zentrum HTL
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