Schnelle, physikalisch-basierte Algorithmen zur Modellierung der Wärmebehandlung Refraktärer Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde im Zusammenhang mit deren Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Prahl; Privatdozent Dr.-Ing. Matthias Schmidtchen
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416817512

In der Forschergruppe wird ein metall-keramisches Verbundmaterial aus Aluminiumoxid und metallischem Niob bzw. Tantal für Feuerfestanwendungen entwickelt.Dieses zeichnet sich besonders durch elektrische Leitfähigkeit aus, was es für Anwendung in feuerfesten Funktionsbauteilen interessant macht.Die Herstellung erfolgt durch Sinterverfahren.Die Sinterung von Pulvern wird maßgeblich von Diffusionsströmen bewirkt, welche durch den Energiegewinn durch Verkleinerung der Oberfläche und Ausbildung von Korngrenzen getrieben wird. Der Sinterfortschritt ist damit maßgeblich von der Geometrie der verwendeten Pulverteilchen bestimmt. Bisherige Modelle des Sinterns betrachteten meist Teilchen äquivalenter Kugel- oder Kreisform, was die Modellbildung stark vereinfacht, aber signifikante Eigenschaften des realen Pulvers vernachlässigt.In der vorangegangenen Projektphase wurde ein Sintermodell entwickelt, welches das Sinterverhalten nichtidealer Teilchengeometrien zu beschreiben vermag.Der Einfluss der Teilchengeometrie auf das Sinterverhalten wurde untersucht und beschrieben.Durch statistische Beschreibung der Form einzelner Teilchen konnte eine Charakterisierung von Pulvern bzgl. der Teilchenmorphologie vorgenommen werden.Diese Daten konnten als Eingabe in das entwickelte Sintermodell genutzt werden, womit die Teilchenmorphologie in der Sintersimulation Berücksichtigung finden konnte.Die hier beantragte Förderperiode zielt auf die Weiterentwicklung des Sintermodells in Bezug auf zusätzliche Effekte beim Kontakt mehrerer Teilchen, welche bislang unberücksichtigt blieben, und in Bezug auf die Berücksichtigung der Zusammensetzung des untersuchten Materials aus groben wie feinen Kornfraktionen durch gesonderte Behandlung beider Fraktionen in der Simulation.Weiterhin soll eine experimentelle Validierung des Modells soll durchgeführt werden.In TP3 der vorangegangenen Periode wurde das mechanische Verhalten des Verbundmaterials in Hochtemperaturstauchversuchen untersucht.Dabei zeigte sich eine hohe Plastizität des Materials, welche auf Porenschließung, ermöglicht durch die Plastizität der Metallphase, zurückgeführt wird.Das dabei gefundene Werkstoffverhalten soll im hier beantragten Projekt durch eine kristallplastische Simulation (DAMASK) nachgebildet und dadurch besser verstanden werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 3010: Multifunktionale, grobkörnige, refraktäre Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde für großvolumige Schlüssel-Bauteile in Hochtemperaturprozessen