Hybrid-Fertigung von metallokeramischen Funktionsbauteilen für verschiedene Industriebereiche

Description: Ziel des Vorhabens ist die Erforschung grobkörniger Verbundwerkstoffe auf der Basis von Stahl und Keramik für verschiedene Anwendungen bei Temperaturen bis 1100 Grad Celsius. Die werkstofftechnische Innovation beruht auf der Übertragung bekannter Mechanismen grobkörniger Feuerfestkeramiken auf Composite aus einer Stahlmatrix mit keramischen Partikelzusätzen. Hierzu werden die mechanischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit von Stahl mit der Korrosionsbeständigkeit gegenüber Metallschmelzen der verwendeten Keramiken kombiniert. Die neuartige Werkstofffamilie ist für die vielfältige Anwendungen im Bereich der Erzeugung, Aufbereitung und Verarbeitung von Metallschmelzen wie z.B. Aluminium, Kupfer, Zink und weiteren Leichtbaulegierungen von Interesse. Gegenüber den bisher eingesetzten Werkstoffen zeichnen sich die grobkörnigen Composite durch ihre Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und Schadenstoleranz aus. Durch Anwendung additiver Formgebungsverfahren wird die Erzeugung verschiedenster Geometrien, Strukturen und Werkstoffkombinationen material- und energieeffizient möglich. Ergänzend dienen keramische Technologien (u.a. bildsame Formgebung, Pressen) der Erweiterung des Anwendungspotentials. Die Verfahren werden insbesondere hinsichtlich der Erzeugung von komplex geformten Schlüsselbauteilen (z. B. Pumpen, Rinnen, Rührer) erarbeitet. Ein wesentlicher Prozessschritt ist die Erzeugung von Grobkorn bis 6 mm aus den feinkörnigen Rohstoffen. Für die anschließende Formgebung kann dadurch die verfahrensbedingte Schwindung minimiert und möglich Probengrößen maximiert werden. Die verfahrenstechnische Innovation beruht auf der Anwendung von 3D-Druck und Flammspritzen zur additiven Erzeugung der Verbundwerkstoffe, mit der Möglichkeit zur zusätzlichen Funktionalisierung der Komponenten durch lokale Strukturierung hinsichtlich Gefüge (porös/dicht) und Werkstoffzusammensetzung (Integration elektrischer Heizer oder Sensoren).

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Verbundwerkstoff ? Keramik ? Aluminium ? Metallschmelze ? Kupfer ? Werkstoff ? Sensor ? Zink ? Zusatzstoff ? Aluminiumherstellung ? Rohstoff ? Stahl ? Korrosionsbeständigkeit ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Professur für Keramik (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• ZPF GmbH (Betreiber*in)

Time ranges: 2020-01-01 - 2024-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Hybrid production of metal-ceramic functional components for various industrial sectors
  Description: The aim of the project is to investigate coarse-grained composite materials based on steel and ceramics for various applications at temperatures up to 1100 °C. The materials technology innovation is based on the transfer of known mechanisms of coarse-grained refractory ceramics to composites consisting of a steel matrix with ceramic particle additives. For this purpose, the mechanical properties and workability of steel are combined with the corrosion resistance against molten metal of the ceramics used. The novel family of materials is of interest for the manifold applications in the field of production, preparation and processing of molten metals such as aluminium, copper, zinc and other lightweight alloys. Compared to the materials used so far, the coarse-grained composites are characterized by their corrosion resistance, processability and damage tolerance. By applying additive shaping processes, the production of a wide variety of geometries, structures and material combinations is possible in a material and energy efficient manner. In addition, ceramic technologies (e.g. plastic shaping, pressing) serve to expand the application potential. The processes are developed in particular with regard to the production of complex key components (e.g. pumps, channels, stirrers). An essential process step is the production of coarse grain up to 6 mm from the fine-grained raw materials. For the subsequent shaping process, the process-related shrinkage can be minimized and sample sizes maximized. The process engineering innovation is based on the application of 3D printing and flame spraying for the additive production of the composite materials, with the possibility of additional functionalisation of the components by local structuring with regard to structure (porous/tight) and material composition (integration of electrical heaters or sensors). https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1114520

Status

Aktiv

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