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Projekt
Druck- und feldunterstützte Sinterverfahren refraktärer Verbundwerkstoffe und deren Einfluss auf die mikrostrukturellen und elektrischen Eigenschaften
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Günter Schell; Dr.-Ing. Susanne Wagner
Fachliche Zuordnung
Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416817512
In der ersten Förderperiode wurde in einem ersten Schritt das Verdichtungsverhalten von Al2O3-Nb-(Ta)-Pulvermischungen unterschiedlicher Zusammensetzung und Korngröße untersucht. Mit Hilfe von druck- und feldunterstützter Verdichtung gelang es, nahezu alle Ta- und Nb-haltigen Pulvermischungen in Kombination mit feinem Al2O3 vollständig zu verdichten. Die Pulvermischungen mit grobkörnigem Al2O3 zeigten dagegen bei der Verdichtung eine starke Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Bestimmung der Perkolationszahl und der Entwicklung der elektrischen Leitfähigkeit mit zunehmendem Metallgehalt. Es konnten Perkolationszahlen im Bereich von 7,5-17,5 Vol.-% ermittelt werden, wobei die Perkolationszahl für Zusammensetzungen mit grobkörnigem Al2O3 geringer ist als bei feinkörnigem Al2O3. Innerhalb der 2. Förderperiode sollen die strukturellen Ursachen aufgeklärt werden, die dazu führen, dass die Verbundwerkstoffe bereits bei so geringen Metallanteilen elektrisch leitfähig werden. Dies soll mit Hilfe der Mikro-Computertomographie (µ-CT) erfolgen, welche im Gegensatz zu herkömmlichen CT-Methoden eine hohe Auflösung bis in den µm-Bereich hinein liefert. Gesinterte Proben mit gezielter Variation der Dichte und Zusammensetzung werden im µ-CT bezüglich der räumlichen Anordnung der Metallpartikel sowie ihrer Textur untersucht, mit dem Ziel, leitfähige Pfade zu identifizieren. Gleichzeitig wird an diesen Proben die elektrische Leitfähigkeit als Funktion der Dichte analysiert; die Daten zur Abhängigkeit der Leitfähigkeit vom Nb- bzw. Ta-Anteil sind bereits vorhandenen. Anhand der erhaltenen Ergebnisse kann eine Korrelation von Metallanteil, Textureffekten und Verbunddichte zu den elektrischen Leitfähigkeiten erfolgen und Perkolationszahlen erklärt bzw. gegebenenfalls auch vorhergesagt werden. Weiterhin sollen in der 2. Förderperiode größere Mengen an dichten Nb-Al2O3-Proben in der FAST hergestellt werden, die anschließend TP1 zur Verfügung gestellt werden, um daraus Grobkörnungen herzustellen. Die so erzeugten Grobkörnungen sollen anschließend erneut verdichtet werden. Die über das zweistufige Verfahren hergestellten Proben werden dann wiederum an TP1 geliefert, um dort beispielsweise das Benetzungsverhalten dieser Verbunde mit einer Stahlschmelze zu untersuchen. Im TP1 ist außerdem geplant, alginatgenerierte (Grob)-Körnungen mit reduziertem Metallanteil von 30 Vol.% Nb oder Ta und 70 Vol. % Al2O3 mit einer Außenschicht aus reinem refraktärem Metall herzustellen. Das Sinterverhalten dieser alginatgenerierten (Grob)-Körnungen soll wiederum in TP6 über druckunterstütze Sinterverfahren analysiert werden; außerdem wird die elektrische Leitfähigkeit der verdichteten Proben untersucht.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
