Co-Sintern von Metall-Keramik-Verbunden mit dreidimensionalen komplexen Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Dr. Mathias Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441616349

Metall-keramische Verbundwerkstoffe bieten aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften und möglichen Kombinationen eine hohe Flexibilität und ein großes Potential für technische Anwendungen. So lassen sich beispielsweise eine lokal elektrische Leitfähigkeit mit isolierenden Eigenschaften vereinen. Darüber hinaus kann durch Gradierung oder Kombination verschiedener Komponenten das Sprödbruchverhalten der Keramik positiv beeinflusst werden und zu der hohen Härte kann durch die Kombination der Keramik mit Metallen auch eine hohe Zähigkeit und Schadenstoleranz erreicht werden. Bisher wurden solche Verbunde im Wesentlichen über die Kombination verschiedenster Folien über das Foliengießen hergestellt. Für die hier beantragte Fortsetzung des Projektes soll die additive Fertigung der komplexen Verbunde mit dem Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication, FFF) erfolgen. Ziele des Vorhabens sind das Verständnis von Verformung, Evolution innerer Spannungen und Schädigung durch Delamination in Metall-Keramik-Verbundbauteilen mit beliebiger dreidimensionaler Gestalt während des Co-Sinterprozesses und die Entwicklung einer zuverlässigen Berechnungsmethodik zur Vorhersage und Optimierung des Spannungszustandes im Verbund bereits in der Designphase. Verzug und Delamination während des Sinterns sollen dadurch vermieden werden, dass für den Verbund kritische Scher- und Zugspannungen reduziert werden. Mit der entwickelten Methode ermöglicht die additive Fertigung mit dem FFF-Verfahren die Herstellung komplexer Bauteile mit integrierter Intelligenz ermöglichen z.B. für Sensoren und Aktoren. Dabei kann direkt eine Material- und verfahrensabhängige Optimierung des Bauteildesigns erfolgen. Metallische Komponenten können zum Verschleißschutz im Verbund mit einer keramischen Beschichtung versehen werden. Die Komponenten (z.B. bipolare Instrumente, verschleißfeste Komponenten sowie Energie- und Brennstoffzellenkomponenten) aus Werkstoffverbunden haben ein großes Anwendungspotential.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen