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
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
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T07 - Abscheidung nichtmetallischer Verunreinigungen (Dross) aus GJS-Legierungen durch Filtration
(Teilprojektleiter
Szucki, Michal
;
Wolf, Gotthard
)
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T08 - Rotationsunterstützte Filtration von partikel- und faserverstärkten Aluminiumlegierungen
(Teilprojektleiter
Szucki, Michal
;
Wolf, Gotthard
)
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T09 - Keramische Hybrid-Filtersysteme für den ESU-Blockguss
(Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
)
-
T11 - Verbesserte Filter für Turbulenzkontrolle und Anfahren ohne Einfrieren bei reduzierter Vorwärmtemperatur
(Teilprojektleiter
Krause, Hartmut
;
Ray, Subashis
)
-
T12 - Verbesserung des Reinheitsgrads mittels aktiver und reaktiver Filtersysteme am Beispiel einer Nichteisenmetall-Legierung
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Charitos, Alexandros
;
Volkova, Olena
)
-
T13 - Entkupferung von Stahl mit Selen
(Teilprojektleiterin
Volkova, Olena
)
Abgeschlossene Projekte
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A01 - Kohlenstoffgebundene Filterwerkstoffe und Filterstrukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Gehre, Patrick
;
Volkova, Olena
)
-
A02 - Oxidhaltige Filterwerkstoffe und Filterstrukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Brachhold, Nora
;
Gehre, Patrick
)
-
A03 - Thermodynamik der Filterwand und der Einschlüsse
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Fabrichnaya, Ph.D., Olga
;
Franke, Peter
)
-
A04 - Thermodynamische Eigenschaften und Wechselwirkung von Filtermaterialien und Einschlüssen
(Teilprojektleiter
Himcinschi, Cameliu
;
Kortus, Jens
)
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A05 - Grenzflächenausbildung in aktiven und reaktiven Filterstrukturen sowie Phasenneubildung nach der Schmelzefiltration
(Teilprojektleiter
Rafaja, David
)
-
A06 - Dynamische Grenzschichtgenerierung in einer Spark Plasma Sinteranlage
(Teilprojektleiter
Rafaja, David
)
-
A07 - Entfernung von Eisen aus Sekundäraluminium durch Metallschmelzefiltration
(Teilprojektleiter
Leineweber, Andreas
)
-
B01 - Erhöhung der Filtrationseffizienz von keramischen Tiefenfiltern durch Beeinflussung der Haftungsmechanismen
(Teilprojektleiter
Peuker, Urs
)
-
B02 - Strömungsverhalten, Wärme- und Stofftransport in Verbundfilterstrukturen
(Teilprojektleiter
Ray, Subashis
;
Trimis, Dimosthenis
)
-
B03 - Wärmetransportvorgänge in Verbundfilterstrukturen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Fieback, Tobias
;
Groß, Ulrich
;
Wulf, Rhena
)
-
B04 - Maßgeschneiderte Agglomerate zur Erhöhung der Abscheideeffizienz
(Teilprojektleiter
van den Boogaart, Karl Gerald
;
Peuker, Urs
;
Sandfeld, Stefan
)
-
B05 - Modellierung und Bewertung des thermomechanischen Verhaltens von Filterwerkstoffen und Filterstrukturen
(Teilprojektleiter
Abendroth, Martin
;
Kiefer, Ph.D., Björn
;
Kuna, Meinhard
;
Roth, Stephan
)
-
B06 - Schmelzefiltration bei kontinuierlichen Gießverfahren - Stahlstrangguss
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bauer, Katrin
;
Schwarze, Rüdiger
)
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C01 - Erfassung der Filtereffizienz von aktiven und reaktiven Filterwerkstoffen in Kontakt mit Metallschmelzen in einem Stahlgusssimulator
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Volkova, Olena
)
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C02 - Hochtemperatur-Festigkeit und Formstabilität von C-gebundenen Filterwerkstoffen
(Teilprojektleiter
Biermann, Horst
)
-
C03 - Bestimmung der temperaturabhängigen bruch- und schädigungsmechanischen Eigenschaften keramischer Filterwerkstoffe aus Kleinstproben
(Teilprojektleiter
Abendroth, Martin
;
Kiefer, Ph.D., Björn
;
Kuna, Meinhard
)
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C04 - Experimentelle und stochastische Untersuchung des Einflusses von Einschlüssen auf die Ermüdungslebensdauer
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Biermann, Horst
;
van den Boogaart, Karl Gerald
;
Sandfeld, Stefan
;
Weidner, Anja
)
-
C05 - Einfluss von Materialinhomogenitäten auf das temperatur- und geschwindigkeitsabhängige Festigkeits-, Verformungs- und Versagensverhalten
(Teilprojektleiter
Krüger, Lutz
)
-
C06 - Ermittlung des Wirkmechanismus und der Effizienz reaktiver Filter zur Vermeidung unerwünschter H2-Porosität im Aluminiumguss und zur Entfernung von Partikeln und H2 aus Magnesiumschmelzen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Scharf, Christiane
;
Stelter, Michael
)
-
MGK - Modul Integriertes Graduiertenkolleg
(Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Biermann, Horst
)
-
S01 - Probenpräparation, Filtrationswirkungsgrad, Computertomographie
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Hubálková, Jana
;
Rafaja, David
)
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S02 - VR-basierte visuelle Analyse von Filtrationsprozessen
(Teilprojektleiter
Jung, Bernhard
;
Trimis, Dimosthenis
)
-
S03 - Aktive und Reaktive Filtration von Stahl- und Aluminiumschmelzen beim dünn- und dickwandigen Formguss
(Teilprojektleiter
Eigenfeld, Klaus
;
Keßler, Andreas
;
Wolf, Gotthard
)
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T01 - Reinheitsgraderhöhung von Flüssigstahl
(Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Schwarze, Rüdiger
)
-
T02 - Bestimmung der Ermüdungslebensdauer und der Anrissursachen von Stahl-Kolben-Legierungen im VHCF-Bereich bei erhöhten Temperaturen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Biermann, Horst
;
Weidner, Anja
)
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T03 - Abscheidung eisenhaltiger intermetallischer Phasen aus Aluminium-Legierungen durch Filtration
(Teilprojektleiter
Keßler, Andreas
;
Wolf, Gotthard
)
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T04 - Funktionalisierte Einlauftrichter, Rohrsteine, Königsteine und Starterrohre für die Erhöhung des Reinheitsgrades bei Stahlgießverfahren – Kohlenstoffhaltige Funktionsschichten und flammgespritzte Filtereinbauten –
(Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
;
Gehre, Patrick
)
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T05 - Erhöhung des Reinheitsgrades von Aluminiumschmelzen durch gekapselte keramische Tiefenfilter mit keramischen Fasern nach dem Prinzip der Anschwemmfiltration
(Teilprojektleiter
Peuker, Urs
)
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Z - Geschäftsführung und Sekretariat
(Teilprojektleiter
Aneziris, Christos G.
)