FOR 1372:  Prozessstufenminimierte Herstellung von Titan und Titanlegierungen

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 152496120

Ausgehend vom gegenwärtigen Technik- und Forschungsstand hat sich eine Forschergruppe aus Mitgliedern der TU Clausthal, der RWTH Aachen und der TU Bergakademie Freiberg zusammengefunden, um das Thema der prozessstufenminimierten Titangewinnung komplex und interdisziplinär zu bearbeiten. Die wesentliche Motivation für das Forschungsvorhaben liegt in der sich dramatisch zuspitzenden Problematik schrumpfender Energieressourcen und steigender Emissionen, die gegenwärtige Vorstellungen über individuelle Mobilität erheblich infrage stellt und völlig neue Verkehrskonzepte mit einem deutlich erhöhten Leichtbauanteil erforderlich macht.
Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen für einen prozessstufenminimierten, großindustriell umsetzbaren Prozess zur Herstellung kostengünstiger Titanwerkstoffe als Alternative zur bestehenden Titantechnologie zu schaffen. Dabei soll der Bogen von der Konditionierung kostengünstiger Rohstoffe über die Metallgewinnung und Weiterverarbeitung bis zur Werkstoffentwicklung geschlagen werden.
Die Teilziele des Forschungsvorhabens sind: (1) Nutzbarmachung potenzieller Rohstoffreserven; (2) direkte Gewinnung von Titan und Titanlegierungen aus ihren Rohstoffen ohne Umweg über das TiCl4; (3) Minimierung der Anzahl an Prozessstufen; (4) Minimierung des Energieaufwandes; (5) Ersatz neuartiger Feuerfestkeramiken für die Schmelztiegel; (6) Verarbeitung durch Umformung und Fügen als Feedback für die metallurgischen Prozessstufen; (7) Entwicklung geeigneter Legierungssysteme; (8) effizientes Recycling von Titanschrotten.
Über die konkrete Prozessentwicklung hinaus ist es ein grundsätzliches Anliegen der Forschergruppe, durch Bereitstellung von Grundlagendaten die zukünftig sicherlich noch zunehmenden Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Erzeugung, Verarbeitung und Entwicklung von Titanwerkstoffen zu befruchten.
Für die Bearbeitung des Forschungsthemas sind zwei Phasen mit jeweils drei Jahren vorgesehen. In der ersten Phase soll anhand von Laborversuchen nachgewiesen werden, dass die dem Vorhaben zugrunde liegenden Konzepte realisierbar sind. Als Beleg dient prozessstufenminimiert hergestelltes Titanmetall aus den verschiedenen Prozessrouten. Dieses Vormaterial wird zu Werkstoffen der Spezifikationen "Low Grade“, "Technical Grade“ und "High Grade“ verarbeitet, die hinsichtlich ihrer Fertigungs- und Gebrauchseigenschaften charakterisiert werden. Zeitgleich werden geeignete Legierungssysteme entwickelt.
In der zweiten Phase ist dann die Überführung in den Technikumsmaßstab unter Einbeziehung der titanerzeugenden und -verarbeitenden Industrie geplant. Gegebenenfalls könnten sich in dieser Phase weitere Fachgebiete anschließen und zusätzliche internationale Kooperationen eingegangen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Erzeugung synthetischer TiO2-Niedrigtemperatur-Modifikationen als Einsatzstoff für die prozessstufenminimierte Titanmetallherstellung (Antragsteller Gock, Eberhard )
• Feuerfeste Komponenten und Schichten im System CaO-TiO2-ZrO2 mittels Gieß-, Press- und Flammspritzverfahren für die prozessstufenminimierte Herstellung von Titan und Titanlegierungen (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Gewinnung kostengünstiger Titanwerkstoffe durch modifizierte Erzeugung von Titanschlacke, aluminothermische Reduktion und pfannenmetallurgische Raffination (Antragsteller Spitzer, Karl-Heinz )
• Herstellung von hochreinem Titan durch Carboiodierung von Titanrohstoffen (Antragsteller Adam, Arnold )
• Pyrometallurgische Gewinnung von kostengünstigen Titanwerkstoffen durch kinetisch kontrollierte Feststoff-Aluminothermie und anschließende Raffination im Elektroschlackeumschmelzprozess (Antragsteller Friedrich, Bernd )
• Thermochemische Modellierung der prozessstufenminimierten Titangewinnung (Antragsteller Schmid-Fetzer, Rainer )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Eberhard Gock (†)