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Projekt
Mikrostruktursimulationen für die systematisch orientierte Entwicklung von thermoschockbeständigen Werkstoffen mit reduziertem Kohlenstoffgehalt
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Heike Emmerich
Fachliche Zuordnung
Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Förderung
Förderung von 2009 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 113479400
Aufgrund seiner hohen Temperaturwechselbeständigkeit kommt Kohlenstoff in weltweit mehr als 40% aller Brandschutzprodukte zum Einsatz. In den Anwendungen dient er der Anpassung von thermomechanischen sowie chemischen Eigenschaften. Zur Entwicklung “sauberer“ Brandschutzteile wird die Verwendung von Kohlenstoff vermieden. Dabei ist es wichtig ein gutes Verständnis dafür zu bekommen, wie andere Materialien beschaffen sein müssen, damit sie eine vergleichbare Temperaturwechselbeständigkeit – und das bei den heutigen, höheren Temperaturwechselspannungen – erreichen. Das Projekt trägt dazu bei, indem es Zwischenerfolge wie die kürzlich von uns entwickelten netzlosen Simulationen präsentiert. Diese können zur Studie nanoskaliger Zusätze zur Optimierung der Temperaturwechselbeständigkeit von feuerfesten Keramiken und zur Vorbeugung von Rissausbreitungen eingesetzt werden. Das Hauptziel dieses Projektes bleibt unverändert. Es soll zu einem besseren Verständnis der Bruchdynamik und der Werkstoffschädigung bei Thermoschock beitragen. Die Modellierung einer Schadensentstehung ist wesentlich für den Entwurf moderner Werkstoffe wie Hochtemperaturkeramiken. Insbesondere ist dies hilfreich für eine zweckmäßige Auswahl der Prozessparameter und der Werkstoffe für die Entwicklung von feuerfesten Keramiken mit optimalen mechanischen Eigenschaften. Der konkrete Fokus liegt auf der simulationsbasierten Studie zum Einfluss nanoskaliger Additive auf die Thermoschockbeständigkeit von Keramiken mit reduziertem Kohlenstoffgehalt. Insbesondere wird zum Einen der Einfluss von Zirkontitanat (ZrTiO4), Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl2O4) und Zementit (Fe3O) auf die Mikrostruktur von Produkten mit ca. 10% Kohlenstoff (z.B. MgO–C) untersucht, zum Anderen werden auch funktionale Komponenten mit ca. 30% Kohlenstoff wie z.B. Al2O3–C betrachtet. Die Modellierung beider Fälle ist wichtig, um den Einfluss des Kohlenstoffgehalts auf das Werkstoffverhalten unter thermischer Belastung zu verstehen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
