SFB 920:  Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration - ein Beitrag zu Zero Defect Materials

Fachliche Zuordnung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2011 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169148856
 

Projektbeschreibung

Die Forderung nach erhöhter Metallqualität und geringeren Ausschussraten seitens der Anwender und Weiterverarbeiter machen eine gleichmäßigere Einstellung der chemischen Zusammensetzung und eine verstärkte Kontrolle des Reinheitsgrades erforderlich. Die Vision dieses SFB ist die Einstellung exzellenter, an die Bauteilbeanspruchung angepasster funktionaler und adaptiver mechanischer Eigenschaften für einen Innovationsschub in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. Dieses Ziel soll mittels einer erheblichen Reduzierung von anorganischen nichtmetallischen Einschlüssen in der Metallmatrix beim Einsatz intelligenter Filterwerkstoffe bzw. Filtersysteme erreicht werden. Insbesondere in der dritten Förderperiode werden neuartige, kombinierte Reinigungsfiltersysteme erforscht. Die Metallschmelze kommt erst in Kontakt mit reaktiven Filtern, die in situ Gasblasen in der Metallschmelze generieren bzw. Gasblasen an den Einschlüssen aktivieren und zu einer Art Flotation der Einschlüsse beitragen. Durch die hohe Reaktivität und aufgrund der Gasblasen wird die Agglomeration der feinen Einschlüsse gefördert, so dass die größeren Cluster von Einschlüssen entweder durch Auftriebskräfte in Richtung Schlackenoberfläche der Schmelze sich bewegen oder an aktiven, nicht gasbildenden, aktiven Filtern mit funktionalisierten Filteroberflächen -mit ähnlicher Chemie wie die der Einschlüsse- durch Filtrationsprozesse entfernen lassen. Damit kann eine hohe Reinigungseffizienz größer 95 % erreicht werden. Die Modellierungsansätze konzentrieren sich einerseits in den Beiträgen der Gasblasen zur Flotation und die in situ Bildung von Reaktionsschichten an denen Einschlüsse gezielt haften, andererseits werden Geometrien berechnet, die zu einem 3D-Druck von funktionalisierten Filterstrukturen in Kombination mit einer roboterunterstützten Flammspritzendbeschichtung beitragen. Die Erforschung neuartiger Filterwerkstoffe sowie ein an die Filtrationstechnik angelehntes modellunterstütztes Filterdesign der Mikro- und Makrostruktur ermöglichen die Herstellung von dünn- als auch dickwandigen, höchstbeanspruchbaren Komponenten auf Basis Stahl, Eisen, Aluminium und Magnesium mit bahnbrechenden Eigenschaften – Festigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsresistenz – für die Sicherheit der Insassen von Kraft-, Schienen- und Luftfahrzeugen. Darüber hinaus werden zukunftsträchtige Anwendungsfelder in der Elektronikindustrie am Beispiel Filtration von Kupfer und Silizium, in der Verpackungsindustrie am Beispiel Aluminiumfolien und in der Filtrationstechnik und Konditionierung von Behandlungsschlacken erschlossen. Das Ziel einer höheren Materialeffizienz sowie der Reduktion des Energieaufwandes und der CO2-Emissionen rückt damit in greifbare Nähe.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche
Internationaler Bezug Großbritannien

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Bergakademie Freiberg
Sprecher Professor Dr.-Ing. Christos G. Aneziris