SFB 799:  TRIP-Matrix-Composite - Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis

Fachliche Zuordnung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2008 bis 2020
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 54473466
 

Projektbeschreibung

Die Vision dieses Sonderforschungsbereichs besteht in der Erforschung einer neuen Klasse von Hochleistungs-Verbundwerkstoffen mit dem Namen TRIP-Matrix-Composite auf der Basis von TRIP-Stählen (TRIP: transformation-induced plasticity) und Zirkoniumdioxid-Keramiken (ZrO2-Keramik). Ziel der Forschungsarbeiten ist die Einstellung exzellenter, an die Bauteilbeanspruchung angepasster funktionaler und adaptiver mechanischer Eigenschaften für einen Innovationsschub in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. In den TRIP-Matrix-Compositen werden ein neu entwickelter austenitischer TRIP-Stahlguss-Werkstoff und eine metastabile ZrO2-Keramik vereint, die beide durch den verwandten Mechanismus der martensitischen Phasenumwandlung lokale Überbeanspruchungen kompensieren können.
Die wegweisende Idee dieses Werkstoffkonzepts beruht auf der Möglichkeit, die mechanisch, thermisch und/oder chemisch induzierten Phasenumwandlungen gezielt über maßgeschneiderte Grenzflächen miteinander zu verknüpfen. In Kombination mit diesen Mechanismen sollen durch das mikro- und makrostrukturelle Design der TRIP-Matrix-Composite einsatzspezifische Eigenschaften eingestellt werden. Die abgestimmte Ausnutzung und gegenseitige Unterstützung dieser Mechanismen ermöglicht im Vergleich zu aktuellen Werkstoffen die einzigartige Erhöhung der Energieabsorption, Festigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Dauerfestigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit. Das Design der TRIP-Matrix-Composite soll in Form von mikro- und makroporösen Wabenkörpern mit Honeycomb-Struktur, kompakten partikelverstärkten Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen, homogenen oder gradierten Stahl-Keramik-Durchdringungsgefügen mit infiltrierten keramischen "Hohl"- oder "Voll-Spaghetti-Strukturen" bzw. Schaumkeramiken ausgebildet werden.
Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens befasst sich mit der Erforschung der Grundlagen für die Herstellung von technischen Halbzeugen, Komponenten und Bauteilen aus den TRIP-Matrix-Compositen. Neben der Stahl-Infiltration in keramische Makrostrukturen werden Grünkörper aus Stahl und ZrO2 pulvermetallurgisch über die bildsame Formgebung erzeugt und anschließend gesintert. Insbesondere die Adaption der keramischen Technologie mit bildsamen Massen, die wie Knetstoff bei Raumtemperatur mit geringen Kräften in jede beliebige Geometrie geformt werden können, eröffnet das Potenzial für komplexe, filigrane Bauteile in Leichtbauweisen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Bergakademie Freiberg
Sprecher Professor Dr.-Ing. Horst Biermann