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Projekt
Einstellung der Eigenschaften von BZCY durch eine kombinierte Synthese und Prozessierung unter Anwendung des feldunterstützten Sinterns (FAST/SPS) und des ultraschnellen Hochtemperatursinterns (UHS)
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Martin Bram
Fachliche Zuordnung
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556363981
Protonenleitende Keramiken auf der Basis von Ba(Zr,Ce,Y)O3 (BZCY) gehören zu den aussichtsreichsten Elektrolytwerkstoffen für protonische keramische Elektrolyse- und Brennstoffzellen (PCEC/PCFC). Hohe Zr-Gehalte und gezielte Akzeptor-Dotierungen sind erforderlich, um den besten Kompromiss hinsichtlich guter elektrochemischer Leistung und hoher chemischer Stabilität zu erreichen. Bisher wurden die vielfältigen Möglichkeiten der chemischen Zusammensetzung von BZCY-Keramiken hauptsächlich durch Trial und Error Versuche unter Nutzung etablierter Sintertechniken untersucht. Im vorliegenden Projekt soll das Potenzial des ultraschnellen Hochtemperatursinterns (UHS) als neuartige Methode zur systematischen Untersuchung des Einflusses von Akzeptor-Dotierungen auf die Mikrostruktur und die funktionellen Eigenschaften von BZCY-Keramiken aufgezeigt werden. Als Akzeptor-Elemente wurden Y3+, Yb3+, Al3+, Sc3+, und In3+ für die "Dekoration" der Korngrenzen ausgewählt. Da der Einsatz von Schnellsintertechniken wie UHS mit einem hohen Risiko (z.B. Rissbildung) verbunden ist, wird das feldunterstützte Sintern (FAST/SPS) als alternative Sintermethode eingesetzt. Mittels FAST/SPS werden Referenzproben hergestellt, deren Sinterparameter besser kontrolliert werden können. Der zusätzlich aufgebrachte Druck ermöglicht zudem die Minimierung der Restporosität, wodurch ein kritischer Einflussfaktor auf die funktionellen Eigenschaften ausgeschlossen wird. Im Rahmen der Forschergruppe trägt das Projekt maßgeblich zur Erstellung einer kombinatorischen Prozess-Defekt-Mikrostruktur-Eigenschafts-Datenbank (P-D-M-P) bei, die die Grundlage für umfassende Modellierungen in den anderen Teilprojekten bildet. Das wesentliche Ziel der Modellierungen ist die Vorhersage der Beziehung zwischen den Sinterparametern und den funktionalen Eigenschaften durch den Einsatz datengesteuerter, maschineller Lernkonzepte. Im Gegenzug soll auf längere Sicht durch Anwendung dieser Lernkonzepte der experimentelle Aufwand für die weitere Entwicklung von komplex legierten Keramiken reduziert werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
