Detailseite
Projekt
Photonisches Sintern von Keramiken als neuartiger Sinteransatz zur datengestützten Mikrostrukturanalyse protonenleitender Materialien
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Wolfgang Rheinheimer
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556363981
Das Projekt verfolgt das Ziel, die konventionelle, langwierige keramische Sintertechnologie durch photonisches Sintern zu ersetzen, um eine schnelle, skalierbare und datengetriebene Optimierung von protonenleitenden Materialien zu ermöglichen. Im Fokus stehen dabei Materialien auf Basis von BaZrO3 (BZY) und BaZrCeY-Oxiden (BZCY), die für elektrochemische Zellen von hoher Relevanz sind, aber bislang schwer zu verarbeiten sind. Photonisches Sintern nutzt hochenergetisches, kurzwelliges Licht (z. B. Laser oder Xenon-Blitzlampen), um Keramiken in wenigen Minuten bei extrem hohen Heizraten (>100 K/s) zu sintern. Dadurch lassen sich die hohen Sintertemperaturen erreichen, die für BZY/BZCY notwendig sind, ohne die langanhaltenden BaO-Verluste der konventionellen Verfahren. Außerdem eröffnet diese Methode die Möglichkeit, mehrere Proben gleichzeitig zu verarbeiten und deren Sinterverhalten in Echtzeit per Kamera zu beobachten, wodurch sich die Datengrundlage für datengetriebene Optimierungsansätze erheblich verbreitern lässt. Kernfragen des Projekts sind: 1. Wie beeinflussen hohe Heizraten die Mikrostrukturentwicklung, insbesondere die Verteilung und Segregation von Akzeptor-Dotierungen an Korngrenzen? 2. Kann durch gezielte "Korngrenzendekoration" mit Dotierungen die Korngrenzleitfähigkeit verbessert werden, um trotz der kurzen Sinterzeiten und ungleichgewichtigen Korngrenzen gute Leitfähigkeiten zu erreichen? 3. Wie verhalten sich temporäre Flüssigphasen (z. B. durch NiO-Zusätze) unter den Bedingungen des ultraschnellen Sinterns? 4. Wie unterscheiden sich verschiedene Schnellsinterverfahren (UHS, PS, FAST/SPS) hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Materialeigenschaften? Zur systematischen Untersuchung werden teilkalzinierte BZY-Pulver chargenweise mit Sinterhilfen und Dotierungen versehen und photonisch gesintert. Die resultierenden Proben werden umfangreich charakterisiert (z. B. Dichte, Mikrostruktur, Phasenzusammensetzung, Impedanzspektroskopie) und in eine zentrale Datenbank eingespeist. Gemeinsam mit anderen Teilprojekten wird ein datengetriebener Optimierungsprozess etabliert, bei dem maschinelles Lernen (ML) zur Identifikation optimaler Prozessparameter eingesetzt wird. Es liefert damit zentrale Beiträge zur experimentellen Datenbasis von der FOR, insbesondere durch: 1) Bereitstellung von Grundpulvern und gesinterten Proben für andere Teilprojekte, 2) Durchführung systematischer Schnellsinterexperimente, 3) Einbindung in multimodale Charakterisierung, 4) Unterstützung der Modellvalidierung und Prozessoptimierung. Langfristig trägt das Projekt dazu bei, ein grundlegendes Verständnis über schnelle Sinterprozesse in protonenleitenden Keramiken zu erarbeiten und die industrielle Verarbeitung dieser Materialien energieeffizienter und leistungsfähiger zu machen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
