Werkstoffbasierte Grundlagenuntersuchungen zur Erweiterung des Verständnisses der Erodierbarkeit von elektrisch leitfähigen Keramiken mit oxidischer Matrix

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Professor Dr. Frank Kern
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283180766

Strukturkeramiken werden wegen ihrer guten mechanischen Eigenschaften - insbesondere Härte und Verschleißfestigkeit - in einer Vielzahl von Anwendungen wie z.B. im Maschinenbau und in der Medizintechnik eingesetzt. Weil diese Eigenschaften jedoch eine kostengünstige Endbearbeitung komplexer Bauteilgeometrien bei hohen Zerspanvolumina unmöglich machen, haben sich in der keramischen Fertigung für die Massenfertigung endkonturnahe Fertigungsstrategien und für die Einzelteilfertigung Grünzerspanungsmethoden durchgesetzt, die jedoch mangels Präzision nach dem Sintern eine nachgeschaltete Endbearbeitung notwendig machen. Das Funkenerosive Bearbeiten ermöglicht es Keramiken mit hoher Präzision zu fertigen, erfordert aber elektrisch leitfähige Keramiken. Das in der Metallbearbeitung etablierte Verfahren ist bislang für die Keramikbearbeitung nicht hinreichend verstanden. Im beantragten Projekt soll anhand zweier Materialsysteme mit oxidischer Matrix und leitfähiger carbidischer Dispersion untersucht werden, inwiefern sich die Erodierbarkeit sowie die Oberflächen- und Bauteileigenschaften aus ihrem Gefügeaufbau und ihrer Werkstoff-zusammensetzung ableiten lassen. Dazu werden die Zusammensetzungen der Werkstoffe systematisch variiert und so die Wechselwirkungen mit den Parametern des Bearbeitungsprozesses ermittelt. Dazu werden die hergestellten Werkstoffe eingehend vor und nach der Bearbeitung mit besonderem Augenmerk auf die durch die Bearbeitung entstandenen Prozesszonen charakterisiert und komplementär dazu die Maschinendaten aufgezeichnet. Die in dem so aufgespannten mehrdimensionalen Parameterraum aufgefundenen Korrelationen werden analysiert und dienen als Ausgangsgrößen zur Erstellung eines Modells. Ziel ist es durch das Verständnis der Abtragsmechanismen zu einer modellhaften Beschreibung des Funkenerosionsprozesses von Keramiken zu gelangen, welches nicht nur die Erodierbarkeit quantitativ vorhersagt, sondern die Formulierung von konstruktiven und bearbeitungstechnischen Richtlinien für die kosten- und ressourcensparende Bearbeitung dieser Werkstoffe gestattet. Das erarbeitete Grundlagenwissen dient dem industriellen Umfeld als Basis sowohl für die anwendungs- und prozessspezifische Keramikherstellung als auch für eine strukturierte Technologieauslegung für die funkenerosive Bearbeitung. Es stellt einen wichtigen Meilenstein zur erstmaligen Hinterlegung von aussagekräftigen Technologiedatenbanken zur Keramikbearbeitung in den Werkzeugmaschinen dar, die notwendige Voraussetzung für den erfolgreichen Technologie- und Werkstoffeinsatz beim Endanwender ist. Zu diesem Zweck wird im vorliegenden Antrag die werkstoffkundliche und fertigungstechnische Erfahrung und Kompetenz der beiden Projektpartner auf dem Gebiet der erodierbaren Keramiken und der funkenerosiven Bearbeitung gebündelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen