Detailseite
Projekt
Grenzflächenanalyse und -design in Pulvern, Grünkörpern und Bauteilen als Funktion druckloser und druckunterstützter Sinterung: 2. Förderungsperiode
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier, seit 5/2024
Fachliche Zuordnung
Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416817512
Die untersuchten refraktären Verbundwerkstoffe kombinieren Refraktärmetalle (Ta oder Nb) mit einer Keramik (Al2O3) und im Idealfall, die Vorteile beider in Form guter Kriech- und Thermoschockbeständigkeit, Korrosions- und Erosionsbeständigkeit sowie elektrischer Leitfähigkeit. Eine mögliche Anwendung dieser Werkstoffe ist der Königsstein zum Umleiten der Schmelze in einem Stahlwerk. Das vorgestellte Teilprojekt 5 (TP5) ist in eine Forschungsgruppegruppe bestehend aus sieben Teilprojekten (TP) eingebettet und trägt insbesondere durch Atomsondentomografie (engl.: atom probe tomography, APT) zur nanoskaligen Untersuchung bei.Wie bereits in der ersten ist auch in der zweiten Förderperiode geplant, die Reaktionen an den Metall-Keramik-Grenzflächen bei Temperaturen über 1500°C zu untersuchen. Hierbei verwenden wir von TP7 hergestellte Sputterschichten auf einem Al2O3-Substrat als Modellsysteme für die in den TP1, TP2, TP3 und TP6 verwendeten technischen Werkstoffen. Der Einfluss zyklischen kaltisostatischen Pressens, sequenziellen Druckschlickergusses, sowie verschiedener Sinterregime für unterschiedliche vorsynthetische Körnungen auf die Phasengrenzen wird untersucht. Eine weitere Fragestellung ist, welchen Einfluss die von TP1 geplanten 3D-Druck-Verfahren auf die Nanostruktur haben werden. Entscheidend für die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe ist die Adhäsion des Metalls auf der Keramik, welche anhand von Beulenbildung der Modell-Schichtverbunde während einer Wasserstoffbeladung ermittelt wird. Eine wichtige Eigenschaft der Bauteile ist eine ausreichende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit. Das in TP2 gewählte Flammspritzen erzeugt eine das Bauteil einschließende Al2O3-Schicht. Hier sind die Grenzflächen von Keramik und Metall zu dem zusätzlichen Oxid von Interesse. Silizide der Refraktärmetalle können einen zusätzlichen Oxidationsschutz bieten. An den Silizid-Keramik-Grenzflächen können jedoch zusätzliche Reaktionen stattfinden, weswegen entsprechende Modell-Schichtsysteme untersucht werden. Zuletzt ist auch die Korrosion durch Kontakt mit der Schmelze von entscheidender Bedeutung. Hierfür werden wir die Entstehung von Grenzflächenphasen in Al2O3-Refraktärmetall-Schichtverbunden betrachten.Konkret beantwortet werden sollen folgende wissenschaftliche Fragestellungen:1. Lässt sich das Bruchverhalten durch Zugabe von Additiven, also einer Modifikation der Grenzflächensegregation, ändern?2. Was ist der Einfluss von Additiven an der Grenzfläche auf die Adhäsion des Refraktärmetalls auf der Keramik? 3. Lässt sich ein Einfluss der 3D-Druckverfahren auf die Grenzflächen und Bildung der Nanostruktur feststellen und ggf. kontrollieren? 4. Wie wirksam sind Flammspritzen und die Verwendung von Silizidphasen im Hinblick auf einen verbesserten Korrosionsschutz? 5. Wie verhält sich der Verbundwerkstoff im Falle eines Defekts der Beschichtung bei direktem Kontakt mit der Metallschmelze?
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Ehemaliger Antragsteller
Dr. Torben Boll, bis 4/2024
